Strom durch Strahlung

Mit einer Kerze ein Radio betreiben? Es funktioniert, wie das Bild illustriert. Bei dieser Technik wird Wärmeenergie, die bei der Verbrennung fossiler Energieträger entsteht, in Strahlungsenergie und im letzten Schritt, mit geeigneten Photozellen, in elektrische Energie umgewandelt.

Thermophoto- voltaisches Kerzenradio (Foto: ISE)

Kleine, leichte Generatoren, die ohne mechanische Teile wartungsarm und sonnenunabhängig Strom erzeugen: das sind die Vorteile der Thermophotovoltaik. Die kontinuierliche Verbrennung mit gleichbleibend hoher Temperatur und vollständiger Umsetzung des Brennstoffs ist ein weiterer Vorteil, der zu abgasarmen Reaktionsprodukten führt. Die Generatoren sollen eine Leistung zwischen 500 und 5000 Watt erzielen können.

Während die Idee eines TPV-Generators seit den 1960er Jahren in den USA verfolgt wird, läuft die Forschung in Deutschland nur schleppend voran. Zwei Institute beschäftigen sich mit der Weiterentwicklung dieser Technik: Das Institut für Solare Energieversorgungstechnik (ISET) in Kassel und das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg. Diplomphysiker Jochen Bard von ISET sieht eine sinnvolle Anwendung der Technik im Bereich netzferner Kleingeräte. Hier sind zu nennen Campingkocher oder Parkscheinautomaten, aber auch Haushalte ohne Netzanschluß. Dr. Christopher Hebling, Leiter der Abteilung Mikroenergietechnik am ISE sieht in Amerika weit größere Marktchancen als in Deutschland. "Die Zuverlässigkeit des deutschen Netzes ist zu groß, in Amerika ist, durch Naturkatastrophen bedingt, die Nachfrage nach netzferner Technik größer".

Die US-amerikanischen Firmen Dermott Technology, Inc. und JX Crystals Inc. haben, wohl im Hinblick auf den militärischen Bereich, einen leichten, tragbaren 500 Watt TPV-Generator entwickelt. Das Gerät soll Wirkungsgrade von 8 bis 10 Prozent erreichen. Auf Nachfrage der interessierten deutschen Forscher stellte sich jedoch heraus: Ein Verkaufspreis war noch nicht festgelegt und die Produktionszahl belief sich auf unter zehn Exemplare. Doch eine Verbesserung des bis jetzt nicht zufriedenstellenden Wirkungsgrades von 3 bis 4 Prozent kann nur mit zusätzlichen Forschungsgeldern vorangetrieben werden. Die in deutschen Forschungslaboren hauptsächlich verwendeten, weil preiswerten, Silicium-Photozellen, die für Sonnenlicht optimiert wurden, sind für den infraroten Spektralbereich äußerst ineffizient. Sehr viel besser geeignet wären Gallium/Antimon-Zellen oder Gallium/Antimon-Gemische mit Arsen oder Indium. Die Herstellung solcher Zellen ist jedoch zehnmal so teuer wie die von Siliziumzellen.

Die Diskusion um den Wirkungsgrad hält Bard für den Anwendungsbereich Camping für unnötig: "Handelsübliche Benzinaggregate haben ebenfalls einen Wirkungsgrad, der unter 10 Prozent liegt. Für netzferne Geräte, wie Parkscheinautomaten, rechnet sich ein TPV-Generator, wenn alle Stromlegungskosten in die Kalkulation einbezogen werden". Viel wichtiger als den Wirkungsgrad schätzt Hebling eine weitere Größe ein: "Die Leistungsdichte kann der entscheidendere Faktor für die Wirtschaftlichkeit sein." Die hohen Anschaffungskosten für die Galliumarsenid-Zellen würden durch die höhere Energieausbeute kompensiert.

ISE und ISET planen auf dem Forschungsgebiet der Thermophotovoltaik eine Zusammenarbeit, der entsprechende Antrag ist bereits gestellt. Es wird also interessant bleiben, die Weiterentwicklung eines Konkurrenten der Brennstoffzelle zu verfolgen.

pen