Schatteneffekt-Generator erzeugt Strom aus Belichtungskontrasten

Der konventionelle Weg, um mit Hilfe von Licht Strom zu erzeugen, sind Solarzellen. Bei dieser Art der Energiegewinnung ist Schatten eher unerwünscht, da Photovoltaik-Paneele in schummrigen Licht oder unter dem Schatten von Bäumen oder Gebäuden ist die Stromausbeute von Solaranlagen eher gering – nicht zuletzt auch wegen ihres verhältnismäßig geringen Wirkungsgrads von etwa 20 Prozent. Forscher der National University of Singapore haben nun ein System entwickelt, das Lichtverhältnisse auf andere Art und Weise zum Erzeugen von Strom nutzt: Ihr „Schatteneffekt-Generator“ macht sich den Kontrast zwischen hellen und dunkleren Umgebungen zunutze, um Strom zu erzeugen.

Strom aus Licht und Schatten

„ Das Entscheidende dafür ist der Beleuchtungskontrast, den der Schatten verursacht. Dieser Kontrast erzeugt eine Spannungsdifferenz zwischen den beleuchteten und den beschatteten Abschnitten des Systems und das führt zu einem elektrischen Strom.„, erklärt Projektleiter Tan Swee Ching von der National University of Singapore das System.

Die Zellen des von Wissenschaftlern entwickelt Schatteneffekt-Generators (SEG) bestehen aus einer dünnen Trägerfolie, auf die ein mit Gold beschichteter Wafer aus Silizium aufgebracht ist. „ Wenn die gesamte SEG-Zelle im Schatten oder im Licht liegt, ist die erzeugte Elektrizität sehr gering oder gleich Null. Wenn aber nur ein Teil der Zelle beleuchtet ist, lässt sich ein signifikanter elektrischer Fluss detektieren„, so Andrew Wee, der an der Entwicklung beteiligt war.

Im Test reichte es für eine digitale Uhr

Die höchste Effizienz weist der SGE dabei auf, wenn eine Hälfte seiner Zellen im Licht und die andere Hälfte im Schatten liegt. Mit einem Streifen aus vier der SGE-Zellen haben die Forscher getestet, wie viel Strom ihr System erzeugen kann. Indoor erreichten sie vollkommen ohne Optimierung mit 0,001 Prozent der Sonneneinstrahlung und anhaltenden Schatten eine Leistungsdichte von 0,14 Mikrowatt pro Quadratzentimeter. Damit übertrifft der SGE eine herkömmliche Siliziumsolarzelle um 200 Prozent.

Die Spannung, die der SGE im Test erzeugte, betrug 1,2 Volt und reichte somit aus, um eine digitale Uhr anzutreiben. „ Dieses neue Konzept der Energiegewinnung durch die Präsenz von Schatten ist völlig neu und beispiellos„, so Ching.

Genug Energie für mobile Geräte

Die Forscher halten es durchaus für möglich, dass ihr System in Zukunft genug Strom erzeugen kann, um etwa Smartwatches, Handys oder andere mobile Geräte damit zu laden. Außerdem könnte der SGE auch als Bewegungs- oder Annäherungssensor verwendet werden – und zwar parallel zur Stromerzeugung. Bewegungen könnten dabei durch sich verändernde Beschattung erkannt werden. Dies würde natürlich nur funktionieren, wenn das sich bewegende Objekt bzw. der sich nähernde Mensch einen Schatten auf das Gerät wirft.

„ Mit seiner Kosteneffizienz, Einfachheit und Stabilität bietet unser Schatteneffekt-Generator eine vielversprechende Architektur, um Elektronik mit grüner Energie aus Umgebungsbedingungen zu versorgen oder smarte Sensorsysteme beispielsweise in Gebäuden zu ergänzen„, so das Team.

Im nächsten Schritt wollen die Forscher weitere Materialien daraufhin prüfen, ob sie für den Einsatz in einem Schatteneffekt-Generator geeignet sind. So wollen sie etwa die Goldbeschichtung durch ein anderes Material ersetzen, um die Kosten des Generators zu senken. Weiterhin arbeiten die Forscher daran, ihren Schatteneffekt-Generator für den mobilen Einsatz zu optimieren – die Ideen gehen dabei in Richtung von in Kleidung integrierter Stromerzeuger.

via National University of Singapore

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