Ein kostengünstiges thermoelektrisches Gerät nutzt die Kälte des Weltraums ohne aktive Wärmezufuhr und erzeugt Strom, der nachts eine LED betreibt, berichten Forscher vom 12. September in der ZeitschriftJoule.
„Bemerkenswert ist, dass das Gerät nachts Strom erzeugen kann, wenn die Solarzellen nicht funktionieren“, sagt Hauptautor Aaswath Raman, Assistenzprofessor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der University of California in Los Angeles. „Über die Beleuchtung hinaus glauben wir, dass dies ein weitreichender Ansatz zur Stromerzeugung sein könnte, der für abgelegene Orte und überall dort geeignet ist, wo Stromerzeugung in der Nacht benötigt wird.“
„Bemerkenswert ist, dass das Gerät nachts Strom erzeugen kann, wenn die Solarzellen nicht funktionieren.“ – Aaswath Raman
Während Solarzellen tagsüber eine effiziente Quelle erneuerbarer Energie sind, gibt es derzeit keinen vergleichbaren erneuerbaren Ansatz zur Stromerzeugung in der Nacht. Solarleuchten können mit Batterien ausgestattet werden, um tagsüber erzeugte Energie für den nächtlichen Gebrauch zu speichern, aber dieser Zusatz treibt die Kosten in die Höhe.
Das von den Wissenschaftlern Wei Li und Shanhui Fan von Raman und der Stanford University entwickelte Gerät umgeht die Einschränkungen der Solarenergie, indem es die Strahlungskühlung nutzt, bei der eine dem Himmel zugewandte Oberfläche ihre Wärme als Wärmestrahlung an die Atmosphäre abgibt, dabei etwas Wärme an den Weltraum abgibt und eine kühlere Temperatur als die umgebende Luft erreicht. Dieses Phänomen erklärt, wie sich in Nächten mit Temperaturen über dem Gefrierpunkt Reif auf dem Gras bildet. Dasselbe Prinzip kann zur Stromerzeugung genutzt werden, indem Temperaturunterschiede genutzt werden, um nachts, wenn der Beleuchtungsbedarf seinen Höhepunkt erreicht, erneuerbaren Strom zu erzeugen.
Raman und Kollegen testeten ihren kostengünstigen thermoelektrischen Generator auf einem Dach in Stanford, Kalifornien, unter einem klaren Dezemberhimmel. Das Gerät, bestehend aus aPolystyrolDas Gehäuse war mit aluminisiertem Mylar überzogen, um die Wärmestrahlung zu minimieren, und durch eine infrarottransparente Windabdeckung geschützt. Es stand auf einem Tisch einen Meter über dem Dach, entzog der Umgebungsluft Wärme und gab sie über einen einfachen schwarzen Strahler an den Nachthimmel ab. Als das thermoelektrische Modul mit einem Spannungsaufwärtswandler und einer weißen LED verbunden wurde, beobachteten die Forscher, dass es das Licht passiv mit Strom versorgte. Darüber hinaus maßen sie die Leistungsabgabe über einen Zeitraum von sechs Stunden und stellten fest, dass das Gerät bis zu 25 Milliwatt Energie pro Quadratmeter erzeugte.
„Unsere Arbeit verdeutlicht die vielen verbleibenden Energiemöglichkeiten, indem wir die Kälte des Weltraums als erneuerbare Energiequelle nutzen.“ – Aaswath Raman
Da der Strahlungskühler aus einer einfachen, mit Farbe beschichteten Aluminiumscheibe besteht und alle anderen Komponenten von der Stange gekauft werden können, sind Raman und das Team davon überzeugt, dass das Gerät leicht für den praktischen Einsatz skaliert werden kann. Die pro Flächeneinheit erzeugte Strommenge bleibt relativ gering, was seine breiten Einsatzmöglichkeiten vorerst einschränkt. Die Forscher gehen jedoch davon aus, dass die Leistung durch verbesserte Technik – etwa durch die Unterdrückung des Wärmegewinns in der Strahlungskühlungskomponente zur Steigerung der Wärmeaustauscheffizienz – und den Betrieb in einem heißeren, trockeneren Klima um das Zwanzigfache gesteigert werden kann.
„Unsere Arbeit verdeutlicht die vielen verbleibenden Energiemöglichkeiten, indem wir die Kälte des Weltraums als erneuerbare Energiequelle nutzen“, sagt Raman. „Wir glauben, dass dies die Grundlage für eine ergänzende Technologie zur Solarenergie bildet. Während die Stromausbeute immer wesentlich geringer sein wird, kann sie zu Zeiten betrieben werden, zu denen Solarzellen dies nicht können.“
Weitere Informationen zu dieser Erfindung finden Sie unter.
Referenz: „Generating Light from Darkness“ von Aaswath P. Raman, Wei Li und Shanhui Fan, 12. September 2019,Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2019.08.009
Diese Arbeit wird vom US-Energieministerium sowie von der Mellon Family Foundation unterstützt.
Verpassen Sie keinen Durchbruch:
Folgen Sie uns weiterUndGoogle News.
Aktie.
