Thermophotovoltaik-Technologie könnte die Nutzung von Wärmespeichern zur Stromerzeugung revolutionieren. Forscher der University of Michigan haben bedeutende Fortschritte erzielt.
Thermophotovoltaik für den Einsatz im Netz
Ein Forscherteam der University of Michigan hat einen bedeutenden Durchbruch in der Umwandlung von Wärme in Strom erzielt. Ihre neuesten Geräte erreichen eine Effizienz von 44% bei 1435°C, was die Effizienz vorheriger Modelle (37%) deutlich übertrifft.
Wärmespeicher, oft als thermische Batterien bezeichnet, speichern überschüssige erneuerbare Energie, die dann in Zeiten hoher Nachfrage in Strom umgewandelt wird. Diese Technologie ist besonders wertvoll, da die Energieerzeugung durch Solar- und Windkraft oft nicht mit den Verbrauchszeiten übereinstimmt.
Funktionsweise der Thermophotovoltaik
Thermophotovoltaikzellen funktionieren ähnlich wie herkömmliche Solarzellen, jedoch nutzen sie Infrarotphotonen anstelle von sichtbarem Licht. Dies ermöglicht die Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie. Das aktuelle Gerät erreicht bei 1435°C eine Effizienz von 44%, was innerhalb des Zielbereichs bestehender Hochtemperatur-Energiespeicher (1200°C-1600°C) liegt.
Vorteile und Anwendungen
Stephen Forrest, Professor für Elektrotechnik an der University of Michigan, betont die Vielseitigkeit und Umweltfreundlichkeit dieser Technologie:
„Es ist eine Form der Batterie, aber eine sehr passive. Man muss kein Lithium abbauen, wie bei elektrochemischen Zellen, was bedeutet, dass man nicht mit dem Markt für Elektrofahrzeuge konkurrieren muss. Im Gegensatz zu Pumpspeicherkraftwerken kann man sie überall einsetzen und benötigt keine nahegelegene Wasserquelle.“
Innovation durch optimierte Materialien
Ein Schlüssel zur Effizienzsteigerung war die Optimierung des Halbleitermaterials, das die Photonen einfängt. Die Forscher entwickelten eine „Luftbrücke“, eine dünne Luftschicht, die Photonen mit den richtigen Energien einfängt und die restlichen Photonen zurück in das Wärmespeichermaterial reflektiert. Diese Technik erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Energie wieder als Photon emittiert wird, welches der Halbleiter dann zur Stromerzeugung nutzen kann.
Zukünftige Entwicklungen
Bosun Roy-Layinde, Doktorand der Chemieingenieurwesen und Erstautor der Studie, ist zuversichtlich, dass die Effizienz dieser Technologie weiter steigen wird und für effiziente Stromspeicher genutzt werden kann. Der nächste Schritt umfasst die Verbesserung der Effizienz über 44% hinaus, mit dem Ziel, 50% zu erreichen.
Das Forschungsteam hat bereits Patentschutz beantragt und sucht Partner, um diese Technologie auf den Markt zu bringen.
Quelle:https://news.umich.edu/renewable-grid-recovering-electricity-from-heat-storage-hits-44-efficiency/
