Mehr Saft für parkende Autos: Thermophotovoltaisches System wandelt Wärme in Strom

Der Stromverbrauch im Auto steigt stetig. Selbst im Stand wollen viele Fahrer nicht auf Bordcomputer, Klimaanlage und Hifi-System verzichten. Dadurch wird ohne laufenden Motor die Autobatterie schnell überfordert. Amerikanische Wissenschaftler setzen auf eine zusätzliche photovoltaische Stromquelle, die allerdings nicht mit Sonnenlicht, sondern allein durch Hitze betrieben wird.

photonischer Kristall
photonischer Kristall

Cambridge (USA) - Dave Perreault und seine Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) heizten über die Verbrennung von Benzin einen dünnen Wärmestrahler aus Wolfram auf etwa 1200 Grad Celsius auf. Dieser sendet darauf Lichtteilchen im Infrarotbereich zwischen 800 und 3000 Nanometer Wellenlänge aus. Eine darauf folgende, wabenförmige Schichtstruktur aus Silizium und Siliziumdioxid bildet einen photonischen Kristall, der nur die verwertbaren, energiereichen Photonen mit Wellenlängen kleiner als 1700 Nanometer hindurchlässt. Diese treffen auf ein Photovoltaik-Modul aus Galliumantimonid und erzeugen über den thermophotovoltaischen Effekt (TPV) Elektron-Loch-Paare. Wie in einer klassischen Solarzelle entsteht elektrischer Strom.

Thermophotovoltaik-Module weisen schon heute hohe Leistungsdichten von über einem Watt pro Quadratzentimeter und Wirkungsgrade von etwa zehn Prozent auf. Durch die Filterung der Lichtteilchen mit photonischen Kristallen kann die Effizienz im Prinzip verdoppelt werden. Parallel kann die Abwärme als Standheizung in einem Auto genutzt werden. Doch auch wenn die MIT-Forscher Wirkungsgrade von 20 Prozent erreichen sollten, müssen die TPV-Systeme mit kleinen Brennstoffzellen konkurrieren. Zuverlässigkeit, Kosten und Lebensdauer werden darüber entscheiden, welche vom Sonnenlicht unabhängige, mobilen Spannungsquellen den steigenden Strombedarf in Autos decken werden.