Bahnbrechende Forschung aus Rochester revolutioniert die solarthermoelektrische Stromgewinnung: Durch gezielte Laserbehandlung wird die Sonnenenergie signifikant besser genutzt.
Steigerung der Sonnenabsorption durch laserbearbeitetes Wolfram
Die Wissenschaftler der University of Rochester setzen auf Wolfram, das durch den Einsatz eines Femtosekundenlasers in ein sogenanntes schwarzes Metall umgewandelt wird. Dieser Vorgang verändert die Oberflächeneigenschaften, sodass das Material über 80 Prozent der einfallenden Sonnenstrahlung absorbiert. Im Vergleich zu unbehandeltem Wolfram bedeutet dies eine deutliche Steigerung der Effizienz, da herkömmliche Metalle deutlich weniger Sonnenlicht aufnehmen und weitaus mehr reflektieren. Die innovative Oberflächentechnologie trägt zur Funktionsverbesserung solarthermoelektrischer Generatoren (STEG) bei und weist den Weg für zukünftig noch leistungsfähigere Komponenten.
Weniger Energieverlust dank cleverer Kunststoffabdeckung
Ein weiteres Schlüsselelement des neuen Konzepts ist die Verwendung einer simplen Kunststoffabdeckung. Diese wirkt ähnlich wie ein Mini-Gewächshaus: Sie reduziert den Wärmeverlust durch Konvektion um mehr als 40 Prozent und hält die durch das absorbierte Sonnenlicht erzeugte Wärme effizient auf der heißen Seite des Generators. Dank dieser Maßnahmen bleibt die gewonnene Energie länger im System gespeichert, was zu einer verbesserten und stabileren Stromproduktion führt. Besonders im Vergleich zu offenen Systemen ermöglicht diese Konstruktion eine gezielte Steuerung der Wärmeflüsse.
Optimierte Kühlung durch laserstrukturiertes Aluminium
Für die kalte Seite des Generators wurde die Aluminiumoberfläche ebenfalls mit dem Femtosekundenlaser bearbeitet. Durch diese Präzisionsstrukturierung wird die Kühlleistung der Oberfläche deutlich verbessert und die Wärme effizienter abgeleitet. Mit dieser Technologie wurde die Kühlleistung im Labor getestet und konnte im Vergleich zu herkömmlich poliertem Aluminium sogar verdoppelt werden. Dies fördert einen optimalen Temperaturunterschied zwischen den beiden Seiten des Generators – eine der zentralen Voraussetzungen für eine hohe elektrische Ausbeute bei solarthermoelektrischen Geräten.
STEG: Großes Effizienzplus durch innovatives Design
Das Resultat dieser intelligenten Material- und Konstruktionsmaßnahmen ist ein solarthermoelektrischer Generator, der laut den Rochester-Forschern 15-mal so effizient Strom erzeugt wie bisherige Modelle am Markt. Durch die gezielte Vermeidung von Energieverlusten auf der warmen Seite und die verbesserte Kühlung auf der kalten Seite wird der Temperaturgradient maximiert. Dieser Unterschied ist der Schlüssel für eine höhere elektrische Leistung im Vergleich zu älteren STEG-Designs, bei denen meist nur ein Bruchteil des möglichen Sonnenpotentials genutzt werden konnte.
Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für die Zukunft
Die neue Technologie birgt erhebliches Potenzial für den Einsatz in verschiedenen Industriebereichen. So eignet sich der hocheffiziente solarthermoelektrische Generator insbesondere als Energiequelle für kabellose Sensoren, die im sogenannten Internet der Dinge (IoT) Anwendung finden. Ob in der smarten Haustechnik, der Industrieautomation oder der Umweltüberwachung: Die Möglichkeit, unabhängig vom Stromnetz elektrische Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen, liefert neue Perspektiven für eine Vielzahl moderner Geräte.
Kompakte Energieversorgung für Wearables und tragbare Elektronik
Auch für tragbare Technik wie Wearables und andere mobile Anwendungen bringt diese Entwicklung Vorteile. Die hohe Effizienz und geringe Baugröße des Generators erlauben die Integration in Armbänder, Gesundheits-Tracker oder smarte Textilien. Benutzer profitieren von einer kontinuierlichen Stromversorgung – ohne auf schwerfällige oder häufig zu wechselnde Batterien angewiesen zu sein, da die Stromproduktion durch alltägliche Sonneneinstrahlung garantiert wird.
Unabhängige Stromversorgung in abgelegenen Regionen
Das nachhaltige Generatorprinzip eröffnet auch außerhalb urbaner Zentren neue Chancen. Insbesondere in abgelegenen Gebieten oder Entwicklungsländern ohne zuverlässiges Stromnetz kann der Generator einen wichtigen Beitrag leisten. Der Verzicht auf komplexe Komponenten sowie die einfache Implementierung machen das System besonders attraktiv für den Einsatz in Regionen mit limitierten Ressourcen. Pumpensysteme, Überwachungseinheiten oder Ladegeräte könnten dadurch dezentral betrieben werden.
Die Forschungsergebnisse der University of Rochester unterstreichen, dass die Verbindung von Materialforschung, innovativer Lasertechnologie und praxisnaher Anwendung den Weg für eine energieeffizientere Zukunft ebnen kann. Experten erwarten, dass der solarthermoelektrische Generator mittelfristig industrielle Prototypen inspirieren und langfristig auch im Verbraucherbereich eine zunehmend wichtige Rolle spielen wird.