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Freistetters Formelwelt: Warum Mondlicht keine Energie liefert

Die Sonne liefert gigantische Mengen an Energie zur Erde. Wir werden immer besser darin, sie zu nutzen. Aber was tun wir, wenn es dunkel wird?
Fotovoltaik

Man muss mittlerweile nicht mehr auf die Notwendigkeit einer nachhaltigen und klimafreundlichen Energiewirtschaft hinweisen. Die Nutzung von Sonnenenergie wird und muss dabei eine dominierende Rolle spielen. Immerhin leuchtet unser Stern schon seit 4,5 Milliarden Jahren und wird das auch noch mindestens ebenso lange tun.

Wir müssen es nur schaffen, ausreichend viel der im Sonnenlicht steckenden Energie einzufangen und in Strom umzuwandeln. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle hängt von diversen Faktoren und der Bauweise ab. Eine Obergrenze kann man mit einer Formel angeben, die aus grundlegenden physikalischen Überlegungen abgeleitet ist:

Diese Gleichung basiert auf dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und beschreibt die maximal mögliche Energie, die man in Form von Wärme entnehmen und umwandeln kann. Mit Tk und Tw werden dabei die Temperaturen der Wärmesenke und der Wärmequelle beschrieben. Je größer der Unterschied, desto mehr Energie kann zumindest prinzipiell gewonnen werden.

Im Fall einer Solarzelle hat die Wärmequelle eine Temperatur von etwa 5800 Kelvin; das entspricht der Temperatur der Sonnenoberfläche. Für die Solarzelle selbst kann man eine Temperatur von rund 300 Kelvin annehmen und kommt damit auf einen Wirkungsgrad von knapp 95 Prozent.

Der wird in der Realität natürlich nicht erreicht; der Wirkungsgrad einer typischen Solarzelle liegt derzeit bei ungefähr 25 Prozent. Auch damit lässt sich schon einiges anstellen; zumindest dann, wenn die Sonne scheint. Doch was, wenn sie das nicht tut, zum Beispiel in der Nacht? Könnte man eine Solarzelle nicht auch mit Mondlicht betreiben?

Warum »Lunarzellen« nicht funktionieren

Eine klare Vollmondnacht kann tatsächlich ziemlich hell sein, dennoch ist sie eindeutig eine Nacht und eben kein heller Tag. Der Lichtstrom, den die Sonne auf die Erdoberfläche schickt, ist einige hunderttausend Mal stärker als der des Vollmonds. Selbst mit extrem effizienter Technik könnte man also keine »Lunarzelle« bauen; man müsste eine absurd große Fläche abdecken, um auch nur eine annähernd sinnvolle Menge Energie aus dem Mondlicht zu gewinnen.

Es gab in der Vergangenheit zwar Versuche, doch irgendwie Energie aus dem Mondlicht zu extrahieren, zum Beispiel durch die Bündelung des Lichts in Glaskugeln. Auch solche Experimente müssen jedoch an der geringen Beleuchtungsstärke scheitern. Dass uns der Vollmond so enorm hell vorkommt, liegt vor allem am Kontrast zum sonst dunklen Nachthimmel.

Sein Licht kann es nicht mit dem Sonnenlicht aufnehmen. Beziehungsweise ist Mondlicht ja nichts anderes als das reflektierte Licht der Sonne; nur eben sehr viel weniger davon, und einen großen Umweg hat es außerdem noch zurückgelegt. Ein nächtlicher Vollmond ist schön anzusehen, doch man wird von seinem Licht weder einen Sonnenbrand bekommen noch relevant viel davon in Energie umwandeln können.

Was allerdings nicht heißt, dass »Nachtsolarzellen« ein völlig unmögliches Unterfangen sind. Dabei geht es aber nicht um das Licht des Monds, sondern wieder um den Temperaturunterschied. Eine Solarzelle ist kühler als die Sonne und nimmt deren Wärme auf. In der Nacht gibt sie die Wärme dann wieder ab. Diesen Prozess kann man nutzen und ein weiteres Mal Energie aus der Temperaturdifferenz gewinnen.

Entsprechende Forschung hat gezeigt, dass so etwas auch in der Praxis funktioniert. Natürlich nicht im gleichen Ausmaß, in dem eine normale Solarzelle tagsüber Energie gewinnt. Doch um ein paar Geräte im nächtlichen Stand-by-Betrieb mit Strom zu versorgen, reicht es. Und wenn entsprechende Technik in Zukunft verbessert und in klassische Solarzellen integriert wird, dann können wir irgendwann vielleicht tatsächlich rund um die Uhr die Energie der Sonne nutzen.

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