Energie aus Photovoltaik ohne Sonnenlicht

Am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben Forscher eine neue Technik präsentiert, mit der sich Wärme in elektrische Energie umsetzen lässt. Über die Nanostruktur eines eigens entwickelten Materials wird der Infrarotanteil von Wärme in seiner Wellenlänge so moduliert, dass er ideal verwertbar für geeignete Photovotaikzellen ist. Marcus Rennhofer, Photovoltaik-Experte am Austrian Institute of Technology (AIT) begrüßt den neuen Ansatz im Gespräch mit pressetext und, erinnert aber daran, dass die Energieeffizienz von Solarzellen generell beschränkt ist.

Energiegewinnung nach Mottenart

Auf Basis ihrer Entdeckung haben die MIT-Wissenschafter einen mit Butan betriebenen Reaktor in Knopfgröße gebaut, der nach Angaben des Instituts dreimal so lange Energie abgibt wie eine Lithium-Ionen-Batterie des gleichen Gewichts. „Dass man mit Photovoltaikzellen Energie nicht nur aus sichtbarem, sondern auch aus UV- und Infrarot-Licht gewinnen kann, ist schon lange bekannt“, so Rennhofer.

„Der Ansatz, über die Oberfläche eines Materials, die Frequenz von Lichtwellen moduliert, ist jedoch neu.“ Einer ähnlichen Technik bedienen sich auch Mottenaugen, um in der Nacht einen möglichst großen Teil des verfügbaren Restlichts einzufangen. Zudem hat Butan den Vorteil, eine sehr hohe Energiedichte aufzuweisen. Der Bericht des MIT lässt noch keine Schlüsse über die Effizienz des Verfahrens zu, gibt Rennhofer zu bedenken.

MIT-Forscher denken ans All
Die US-Forscher hingegen denken schon an den Einsatz eines Radioisotops in Verbindung mit der von ihnen entwickelten Technologie. So könnte man dank der Wärme, die beim radioaktiven Verfall des Materials entsteht, drei Jahrzehnte lang Energie gewinnen, so die Forscher in einer Aussendung.

Einsatzmöglichkeiten wären hier etwa längere Weltraummissionen oder tragbare Medizin- und Elektronikgeräte.

„Der Einsatz dieser Technik muss sich amortisieren“, merkt Rennhofer im pressetext-Interview an. „In anderen Worten: Die Herstellung darf nicht mehr Energie verbrauchen als die fertige Konstruktion zu generieren imstande ist.“ Ein Problem stellt etwa der Energieverlust im Laufe des Gewinnungsprozesses dar. So geht schon bei der Modulierung der Lichtwellen ein Teil der Energie verloren, wie auch bei internen Prozessen einer Photovoltaikzelle.

Limit bei der Effizienz

„Die besten heute verfügbaren Siliziumzellen liegen bei einem Wirkungsgrad von knapp über 20 Prozent“, schildert Rennhofer. „Die Steigerung erfolgt langsam, aber stetig“. Eine generelle Prognose der in Zukunft erwartbaren Effizienz von Solarmodulen ist schwierig, jedoch gibt es Limits. „Eine Energieausbeute von ca. 28 bis 31 Prozent für Standardsiliziumzellen ist theoretisch möglich, nach dem heutigen Stand der Technik aber nur schwer erreichbar“, erläutert Rennhofer.

Am MIT gibt man sich zuversichtlich. „Diese Technik ist ein gutes Beispiel, wie Materialforschung neue Leistung bringt, die ein breites Spektrum an Anwendungen für energieeffiziente Umwandlung eröffnet“, so der Versuchsingenieur Ivan Celanovic vom MIT-Institut für soldatische Nanotechnologie.