Regen als Stromquelle: Wie TENGs die Solartechnologie verbessern
Forschende arbeiten an der Integration triboelektrischer Nanogeneratoren (TENG) in Photovoltaikanlagen, um Regen als zusätzliche Stromquelle zu nutzen und die Stromerzeugung unter verschiedenen Wetterbedingungen zu verbessern.
TENG-Technologie ermöglicht PV-Module, Regen als Stromquelle zu nutzen.
Foto: PantherMedia / Domartist
Solarmodule wandeln Sonnenlicht in Strom um, und in den letzten Jahren hat sich die Effizienz der Solarzellen kontinuierlich verbessert. Wenn aber die Wetterbedingungen nicht stimmen, kann man kaum was machen: Die Effizienz sinkt.
Jetzt haben die Forschenden einen neuen Weg gefunden, um die Stromerzeugung von PV-Anlagen noch weiter zu optimieren. Anstatt die Sonnenenergie noch effektiver zu nutzen, sollen die Module Regen als Stromquelle erschließen. Und das heißt: Auch bei schlechtem Wetter lässt sich weiter Energie erzeugen. Deshalb sind diese neuen Ertragsmöglichkeiten eine ideale Ergänzung für Situationen, in denen herkömmliche Solarmodule wenig Strom bei schlechten Wetterbedingungen produzieren können.
Strom aus Bewegung
Auf der ganzen Welt arbeiten Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen an kleinen Generatoren, die Strom aus Bewegung erzeugen. In diesem Fall wird der Strom nicht aus Regen selbst produziert, sondern aus der Bewegung, die die Regentropfen erzeugen.
Das zugrundeliegende physikalische Prinzip ist einfach: Wenn zwei Schichten mit geringer Leitfähigkeit und unterschiedlichen Materialien (wie beispielsweise Gummisohlen und PVC) in Kontakt kommen, tauschen sie Elektronen aus und laden sich gegensätzlich auf. Dies wird als der triboelektrische Effekt bezeichnet. Wenn die Schichten dann voneinander getrennt werden, entsteht durch elektrostatische Induktion eine Spannung, und durch Elektroden, die an den Schichten angebracht sind, kann ein Strom abgeleitet werden. Durch wiederholtes Annähern und Entfernen der beiden Schichten entsteht ein periodischer Stromimpuls. Ein Beispiel dafür: die statische Aufladung, die entsteht, wenn beispielsweise ein Ballon an Kleidung gerieben wird. Das gleiche kann man beobachten, wenn man frisch getrocknete Haare mit einem Plastikkamm kämmt.
Was ist TENG?
Triboelektrische Nanogeneratoren (TENG) sind winzige Bauelemente, die in PV-Module integriert werden können, ohne die bisherigen Solarzellen zu beeinträchtigen. Die Schichten der TENG-Zellen sind vollständig transparent, sodass das Sonnenlicht ungehindert auf die Solarzellen treffen kann. Bei Regen hingegen treffen die Tropfen nicht unmittelbar auf die Solarzellen, sondern auf die TENG-Schicht. So können die die Nanogeneratoren ihre Wirkung entfalten. Mit anderen Worten: Die Miniaturgeneratoren gewinnen Strom aus der Reibung zweier Materialien.
Laut dem Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen (INT) könnte diese Innovation schon bald verfügbar sein. Die sogenannten TENGs (Triboelektrische Nanogeneratoren), die die Stromgewinnung durch Regenenergie ermöglichen, stehen kurz vor der Markteinführung.
Unter Laborbedingungen haben Forscher bereits erfolgreich 50 bis 100 Watt Strom pro Quadratmeter mithilfe der TENG-Technologie erzeugt. Dies entspricht etwa 20 bis 30 Prozent der optimalen Leistung einer Solarzelle. Daher könnte ein Solarmodul mit TENG-Beschichtung auch bei regnerischem Wetter eine signifikante Menge an Strom liefern. Die triboelektrischen Nanogeneratoren können in Solarzellen integriert werden, ohne den Wirkungsgrad zu beeinträchtigen.
TENG-Technologie auch für die Kleidung?
Aktuell befinden sich die Untersuchungen zu TENG noch im Forschungsstadium. Wenn Photovoltaikanlagen mit den Nanogeneratoren ausgestattet werden, könnten sie zukünftig auch Strom erzeugen.
Die Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut gehen sogar noch einen Schritt weiter und erwarten, dass diese entwickelten Generatoren in Zukunft in Kleidungsstücken und Schuhen integriert werden können, um bei jeder Bewegung Strom zu erzeugen.
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