Infrarot-Photovoltaik: Neue Zelle mit über 40 Prozent Wirkungsgrad

Wissenschaftler des renommierten MIT haben eine Variante ei­ner Thermo-Photovoltaik (TPV)-Zelle vorgestellt, die Wärme mit ei­nem Wirkungsgrad von über 40 Prozent in Strom um­wan­delt. Sie ist da­mit et­was ef­fi­zien­ter als die üblichen Dampfturbinen. Der überwiegende Teil unserer Stromversorgung besteht daraus, auf irgendeine Weise Wasser heiß zu machen - mit der Verbrennung fossiler Brennstoffe oder mit Kernspaltung - und den Dampf durch eine Turbine zu leiten. Der Wirkungsgrad ist hier letztlich begrenzt, da ein großer Teil der Wärme letztlich an die Umgebung abgegeben wird.

Eine andere Form, Wärme in Strom umzuwandeln, sind TPV-Zellen. Diese funktionieren im Grunde ganz ähnlich wie Solarzellen, nur dass sie statt des sichtbaren Lichtspektrums eben Photonen einfangen, die im Infrarot-Spektrum unterwegs sind. Das bisher beste Modell dieser Bauart brachte es unter Laborbedingungen auf einen Wirkungsgrad von 32 Prozent. Allerdings zeigt sich nun, dass hier noch deutliche Steigerungen möglich sind. TPV-Zelle der MIT-Forscher

Basis für große Thermo-Batterien

Das Forscher-Team vom MIT (Massachusetts Institute of Technology) setzte hier nun auf Materialien, die deutlich höhere Temperaturen, also höherenergetische Photonen, vertragen und deren thermische Energie in Elektrizität umwandeln können. Die neuen TPV-Zellen funktionieren laut den Wissenschaftlern am besten in einem Temperatur-Spektrum zwischen 1900 und 2400 Grad Celsius. Der Wirkungsgrad konnte dadurch ordentlich gesteigert werden und liegt beim genannten Wert von über 40 Prozent - die genaue Zahl hängt jeweils von der Temperatur ab.

Aktuell bauten die Forscher entsprechende Zellen erst einmal in kleinerem Format mit einer Fläche von etwa einem Quadratzentimeter. Sie arbeiten nun aber daran, auch größere Module zu konstruieren. Diese sollen dann den Kern neuer Thermo-Batterien bilden, die in die Stromnetze integriert werden können. Als Wärmespeicher soll hier dann ein Graphit-Block fungieren, der mit überschüssigem Ökostrom erhitzt wird und bei Bedarf wieder Energie zurückgeben kann. Solch ein System wäre deutlich günstiger als ein vergleichbares Speichersystem aus Lithium-Ionen-Batterien.

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