Schwedische Forscher entwickeln Indoor-Solarzelle für das Internet der Dinge

Ambient Light Harvester bzw. Indoor-Solarzelle kann Sensoren und andere Geräte in Innenräumen mit ausreichend Energie versorgen.

Wenn wir Geräte oder Sensoren kabellos und ohne Batterien betreiben könnten, würde das unseren Strombedarf in der Summe durchaus reduzieren. Energy Harvesting-Konzepte, die Temperaturschwankungen ausnutzen, haben sich aber bislang nicht durchgesetzt. Schwedische Forscher haben jetzt eine Indoor-Solarzellen vorgestellt, die sich das notwendige Licht von künstlichem Licht holen.

Eine saubere Technologie, die einen ähnlichen Effekt hat, hat auch bereits das schwedische Cleantech-Startup Epishine hervorgebracht. Mehr dazu in unserem Beitrag vom 12. März 2019, hier bei Cleanthinking. Im vergangenen September hat Epishine Zuschüsse der EU-Kommission in Höhe von 24 Millionen Euro erhalten.

Jetzt ist es den Forschern von Schwedens erster Universität, der Universität Uppsala, gelungen, farbstoffsensibilisierte Solarzellen zu entwickeln, die auf künstliches Licht in Räumen reagieren. Der Wirkungsgrad der Indoor-Solarzelle ist erstaunlich: Bis zu 34 Prozent des sichtbaren Lichts wird in Elektrizität umgewandelt, berichtet die Forschungsleiterin Marina Freitag vom Fachbereich Chemie der Universität Uppsala.

Ohne eine passende Lösung für das Betreiben von Sensoren, Geräten und Anwendungen im Internet der Dinge, die ohne Kabel und Batteriewechsel auskommt, wird sich die vernetzte Welt nicht durchsetzen. Die Zeit rast, schließlich sollen im Jahr 2025 schon 75 Milliarden IoT-Geräte miteinander kommunizieren können. Die meisten davon werden sich in Innenräumen befinden. Die Ergebnisse aus Uppsala zeigen: Die Solarzelle, die auf Kupfer basiert, eignet sich besonders gut für die Gewinnung von Raumlicht aus Leuchtstofflampen oder LEDs. Von dieser Technologie könnten Gewächshäuser, Büros, Regale, Verpackungen oder viele Alltagsgegenstände im Internet der Dinge profitieren.

Die Kenntnis der Spektren dieser Lichtquellen ermöglicht es, spezielle Farbstoffe so abzustimmen, dass sie das Licht in Innenräumen absorbieren. Während sie große Mengen an Energie erzeugen, halten diese Innen-Photovoltaikanlagen auch bei schwachem Licht eine hohe Spannung aufrecht, was für die Stromversorgung von IoT-Geräten wichtig ist.

Marina Freitag, Forschungsleiterin Universität Uppsala

An den Forschungsarbeiten beteiligt waren auch Forscher der TU München, die ein adaptives Strommanagement-System für solarbetriebene IoT-Sensoren entwickelt haben. Im Gegensatz zu ihren batteriebegrenzten Pendants speisen die lichtbetriebenen Geräte intelligent aus der verfügbaren Lichtmenge. Je nach Beleuchtungsstärke werden die Rechenoperationen ausgeführt, wobei die Energieverluste bei der Speicherung minimiert werden und so die gesamte Lichtenergie bis zum Maximum ihrer Verfügbarkeit genutzt wird.

Durch die Kombination von künstlicher Intelligenz und automatisiertem Lernen kann die Indoor-Solarzelle somit den Energieverbrauch und die Batterieverschwendung reduzieren und zur Verbesserung der allgemeinen Lebensbedingungen beitragen. Solche fortschrittlichen Sensoren können die nächste Welle der Robotik und der autonomen Systeme, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, weiter verbessern.

Ambient Light Harvester bieten eine neue Generation von selbstversorgten und intelligenten IoT-Geräten, die von einer weitgehend unerschlossenen Energiequelle gespeist werden. Die Kombination von hoher Effizienz und niedrigen Kosten mit ungiftigen Materialien für die Photovoltaik in Innenräumen ist von größter Bedeutung für die Nachhaltigkeit des Internet der Dinge.

Marina Freitag, Forscherin der schwedischen Universität Uppsala