Licht und Schatten: Forscher erzeugen Strom aus Unterschied zwischen Hell und Dunkel

Wissenschaftler der Nationalen Universität Singapur (NUS) haben ein Gerät entwickelt, welches den Beleuchtungskontrast zwischen Licht und Schatten zur Stromerzeugung nutzt.

Ihr sogenannter Schatteneffekt-Energiegenerator (SEG) eröffnet nicht nur der Leistungselektronik neue Ansätze bei der Erzeugung grüner Energie, sondern auch der Sensorik. Die Ergebnisse ihrer Forschungsarbeit veröffentlichten die Forscher bereits Mitte April in der wissenschaftlichen Zeitschrift „Energy & Environmental Science“.

Ein „Fleckchen“ Licht zur Stromerzeugung

Bei herkömmlichen photovoltaischen oder optoelektronischen Anwendungen ist Schatten entscheidend, jedoch bislang nur im negativen Sinne. Denn bei Geräten, die eine konstante Lichtquelle zur Stromversorgung von Geräten verwenden, sinkt die Leistung mit zunehmender Verschattung.

Auch die Forscher aus Singapur „können nicht ohne Licht“, brauchen jedoch nur ein „Fleckchen“. „Der Beleuchtungskontrast induziert eine Spannungsdifferenz zwischen dem Schatten und dem beleuchteten Bereich, was zu einem elektrischen Strom führt“, erklärt Forschungsleiter Professor Tan Swee Ching von der NUS.

Mobile elektronische Geräte wie Smartphones, intelligente Brillen und E-Uhren benötigen eine effiziente und kontinuierliche Stromversorgung. Da diese Geräte sowohl in Innenräumen als auch im Freien getragen werden, können tragbare Stromquellen, die das Umgebungslicht nutzen könnten, die Vielseitigkeit dieser Geräte potenziell verbessern.

Während kommerziell erhältliche Solarzellen diese Aufgabe in einer Außenumgebung erfüllen können, sinkt ihre Energieausbeute unter Innenbedingungen mit anhaltendem Schattenwurf erheblich.

50 Prozent Schatten bietet die besten Voraussetzungen

„Wenn die gesamte SEG-Zelle unter Beleuchtung oder im Schatten steht, wird nur sehr wenig oder gar kein Strom erzeugt. Wenn ein Teil der SEG-Zelle beleuchtet wird, wird eine signifikante elektrische Leistung festgestellt“, sagte NUS-Professor Andrew Wee. Optimal für die Stromerzeugung ist, wenn eine Hälfte der Zelle beleuchtet und die andere Hälfte im Schatten ist.

Basierend auf Laborexperimenten ist der vierzellige SEG des Teams unter dem Einfluss von Schattenverschiebungen doppelt so effizient wie eine kommerzielle Solarzelle auf Siliziumbasis. Die vom SEG gewonnene Energie in Gegenwart von Schatten der Innenbeleuchtung reicht aus, um eine Digitaluhr mit 1,2 Volt zu betreiben.

Darüber hinaus zeigte das Team auch, dass der SEG als strom-unabhängiger Sensor zur Überwachung sich bewegender Objekte dienen kann. Wenn ein Objekt am SEG vorbeigeht, wirft es einen bewegten Schatten, anhand dessen der Sensor Anwesenheit und Bewegung des Objekts erfassen kann.

Der SEG besteht aus mehreren, auf einer flexiblen transparenten Kunststofffolie angeordneten Zellen. Jede SEG-Zelle besteht aus einer dünnen Goldschicht auf einem Silizium-Wafer und kostet weniger als eine normale Solarzelle. Andere Materialien könnten die Kosten zukünftig weiter senken.

(Mit Material der Nationalen Universität Singapur)