Erneuerbare Energien: Wärmekraftmaschine soll thermischen Speicher ermöglichen

Strom kann in Form von Wärme gespeichert werden. Eine Photovoltaikzelle soll die Wärme effizienter wieder in Strom wandeln als eine Turbine.

Artikel veröffentlicht am 14. April 2022, 12:30 Uhr, Werner Pluta

Prototyp der TPV-Zelle: "Sie sitzen einfach da und erzeugen zuverlässig Strom." (Bild: Felice Frankel/MIT)

Strom aus Hitze: Forscher am Massachusetts Institute of Technology(MIT) und des National Renewable Energy Laboratory (NREL) haben eine neuartige Wärmekraftmaschine entwickelt. Diese soll in thermischen Stromspeichern eingesetzt werden.

Die Wärmekraftmaschine ist eine thermophotovoltaische (TPV) Zelle, deren Funktionsweise einer herkömmlichen PV-Zelle ähnelt: Sie absorbiert hochenergetische Photonen von einer weißglühenden Wärmequelle und wandelt sie in Strom um. Die vom Team um den MIT-Forscher Asegun Henry entwickelte Zelle ist für Temperaturen von 1.900 bis 2.400 Grad Celsius ausgelegt.

Die TPV-Zellen sollen in einem thermischen Netzspeicher eingesetzt werden. Der speichert Energie in Form von sehr heißem Graphit. Wenn Energie benötigt wird, etwa bei Flaute oder wenn der Himmel bedeckt ist, wandeln die Zellen Wärme in Strom um, der dann ins Netz eingespeist wird.

Der Wirkungsgrad wurde verbessert

Der Wirkungsgrad der TPV-Zelle betrage 40 Prozent, schreibt das Team in der Fachzeitschrift Nature. Das ist nach ihren Angaben um einiges besser als bei bisherigen Zellen dieser Art, deren Wirkungsgrad meist bei etwa 20 Prozent liegt. Der Bestwert liegt bei 32 Prozent.

Die TPV-Zelle sei auch etwas effizienter als eine Dampfturbine, sagen die Forscher. Normalerweise werden diese Turbinen zur Stromerzeugung genutzt: Über eine Wärmequelle wird Dampf erzeugt, der dann die Turbine antreibt, die mit einem Generator gekoppelt ist. Für den von dem Team vorgeschlagenen thermischen Speicher wäre eine konventionelle Turbine jedoch ungeeignet, wegen der Temperatur des Graphits von über 2.000 Grad Celsius.

Großer Vorteil der TPV-Zellen gegenüber Turbinen sei, dass sie keine beweglichen Teile hätten. Damit seien der Wartungsaufwand und dementsprechend die Kosten geringer, sagte Henry. "Sie sitzen einfach da und erzeugen zuverlässig Strom."

"Thermophotovoltaikzellen waren der letzte wichtige Schritt, um zu zeigen, dass thermische Speicher ein funktionsfähiges Konzept sind", resümierte Henry. "Dies ist ein sehr wichtiger Schritt auf dem Weg zur Verbreitung erneuerbarer Energien und zu einem vollständig dekarbonisierten Netz."

Bis dahin ist aber noch einige Entwicklungsarbeit nötig: Der Prototyp der Zelle ist einen Quadratzentimeter groß. Für einen Netzspeicher müsste die TPV-Zelle eine Fläche von mehr als 900 Quadratmetern haben.