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Die enorme Energie der Sonne könnte bald in der Dunkelheit der Nacht nutzbar gemacht werden, nachdem ein bedeutender Fortschritt in der Technologie zur Wärmegewinnung erzielt wurde.
Die Sonneneinstrahlung heizt die Erdkruste tagsüber stark auf, aber diese Energie geht in die Kälte des Weltraums verloren, wenn die Sonne untergeht.
Jetzt haben Forscher der School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering der UNSW Sydney erfolgreich ein Gerät getestet, das Infrarotwärme in elektrischen Strom umwandeln kann.
Das Team, dem auch Mitglieder des ARC Centre of Excellence in Exciton Science angehören, verwendete ein Gerät zur Stromerzeugung, das als "thermo-radiative Diode" bezeichnet wird und der Technologie in Nachtsichtgeräten ähnelt.
Nicholas Ekins-Daukes, der Leiter des Forschungsteams, sagte: "Ende des 18. und Anfang des 19. Jahrhunderts entdeckte man, dass der Wirkungsgrad von Dampfmaschinen von der Temperaturdifferenz in der Maschine abhängt, und damit war das Gebiet der Thermodynamik geboren.
"Die gleichen Prinzipien gelten für die Solarenergie - die Sonne liefert die heisse Quelle und ein relativ kühles Solarpanel auf der Erdoberfläche liefert einen kalten Absorber. Auf diese Weise kann Strom erzeugt werden.
"Wenn wir jedoch an die Infrarotstrahlung von der Erde in den Weltraum denken, ist die Erde der vergleichsweise warme Körper, während die grosse Leere des Weltraums extrem kalt ist.
"Nach denselben Grundsätzen der Thermodynamik ist es möglich, auch aus diesem Temperaturunterschied Strom zu erzeugen: die Emission von Infrarotlicht in den Weltraum."
Der norwegische Forscher Rune Strandberg hat als Erster die theoretische Möglichkeit eines solchen Geräts erforscht, und Forscher der Universität Stanford untersuchen alternative Ansätze zur Erfassung der Wärmeenergie in der Nacht.
Die durch diesen neuen Test erzeugte Energiemenge ist zwar gering (sie entspricht etwa 0,001 % einer Solarzelle), aber der Nachweis des Konzepts ist bedeutsam.
"Normalerweise denken wir bei der Emission von Licht an etwas, das Energie verbraucht, aber im mittleren Infrarotbereich, wo wir alle mit Strahlungsenergie glühen, haben wir gezeigt, dass es möglich ist, elektrische Energie zu gewinnen", sagte Nicholas.
"Wir haben noch nicht das Wundermaterial, das die thermoradiative Diode zu einer alltäglichen Realität machen wird, aber wir haben einen Grundsatzbeweis erbracht und sind gespannt, wie sehr wir dieses Ergebnis in den kommenden Jahren noch verbessern können."
Das Team freut sich nun darauf, in die nächste Forschungsphase einzutreten und seine eigenen Geräte zu entwickeln und zu verfeinern, um die Kraft der Nacht nutzbar zu machen, und begrüsst potenzielle Industriepartner.
Literatur:
- Michael P. Nielsen et al.; Thermoradiative Power Conversion from HgCdTe Photodiodes and Their Current–Voltage Characteristics; ACS Photonics; 2022