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Stromgenerator: Gerät erzeugt Licht aus der Dunkelheit

Lämpchen oder kleine Sensoren könnten künftig mit einer Art umgekehrten Solarzelle versorgt werden: Sie braucht nicht Licht, sondern Dunkelheit zur Stromerzeugung.
Nachthimmel mit MilchstraßeLaden...

Wissenschaftler haben ein überraschend simples Gerät vorgestellt, das bei Nacht Strom erzeugen kann – wenn auch nur geringe Mengen. Genug beispielsweise, um ein LED-Licht zu betreiben oder einen kleinen Sensor. Geht es nach den Erfindern um Aaswath Raman von der University of California in Los Angeles, könnte das Gerät in Gegenden eingesetzt werden, in denen Stromanschlüsse Mangelware sind.

In einem Paper im Fachmagazin »Joule« erläutern sie den Aufbau des Stromerzeugers. Sein Kernstück ist ein handelsüblicher thermoelektrischer Generator, ein so genanntes Peltier-Element, das elektrische Energie erzeugt, wenn eine seiner Seiten wärmer ist als die andere. Bislang hätten Entwickler immer versucht, diese Temperaturdifferenz mit Hilfe einer Wärmequelle zu erzeugen. Beispielsweise werden Systeme entwickelt, bei denen die sonst ungenutzte Abwärme eines Ofens dazu eingesetzt wird, ein wenig Strom zu erzeugen.

Raman und Kollegen kamen nun jedoch auf die Idee, eine »Kältequelle« einzusetzen. Ihr Gerät trägt an der Oberseite eine mit schwarzer Farbe bestrichene Aluminiumplatte, die sich im Verlauf der Nacht immer weiter unter Umgebungstemperatur abkühlt, weil ein Teil der Eigenwärme als Infrarotstrahlung ins All abgestrahlt wird. Dies ist möglich, da die Atmosphäre in den entsprechenden Wellenlängenbereichen durchlässig ist. Die Unterseite des Geräts hingegen ist mit Aluminiumrippen versehen, die die Umgebungswärme aufnehmen. Dadurch entsteht ein Temperaturgefälle im Innern des Generators.

Bei ihren Tests auf einem Hausdach in Stanford bei dezemberlicher Kälte stellten sie einen Temperaturunterschied von bis zu zwei Grad Celsius zwischen Ober- und Unterseite fest. Dabei erzeugte ihr schuhkartongroßes Testobjekt eine Leistung von knapp 0,8 Milliwatt – beileibe nicht viel, aber genug, um eine LED-Lampe zum Leuchten zu bringen. Die Kosten für den Prototyp beliefen sich auf weniger als 30 US-Dollar, wobei der Generator am teuersten gewesen sein dürfte.

Auf die Fläche umgerechnet habe er ihnen in der Nacht des Tests ungefähr 25 Milliwatt pro Quadratmeter geliefert, schreiben die Forscher. Laut ihren Modellierungen lässt sich das aber noch steigern. In warmen, trockenen Gebieten sollte die Temperaturdifferenz zwischen Ober- und Unterseite auf sechs bis sieben Grad anwachsen und das Gerät damit ein halbes Watt pro Quadratmeter liefern.

Mit einem entsprechend dimensionierten Generator könnte es also unter guten Bedingungen möglich sein, das eigene Handy aufzuladen oder eine Nachtlampe zu betreiben. Ein System aus Solarzelle und einer Batterie, die die Zeit zwischen Sonnenauf- und -untergang überbrückt, ist dem freilich immer noch haushoch überlegen. Dafür koste es viel mehr, sei rohstoffintensiver in der Herstellung und halte vermutlich weniger lang.

38/2019

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 38/2019

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