Ein Gerät, das gleichzeitig Wind- und Solarenergie einfängt könnte künftig helfen, den Strom für die „Smart Cities“ der Zukunft zu erzeugen. Die Städte werden mit zunehmender Digitalisierung immer weiter vernetzt, immer mehr Elektronik wird zur Überwachung und zur Steuerung von Infrastruktur und Dienstleistungen eingesetzt. Der wachsende Strombedarf soll dabei idealerweise aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonne und Wind gedeckt werden. Solarenergie wird auch in den Städten bereits auf den Dächern erzeugt. Die großen Mengen an Windenergie jedoch bleiben in Städten häufig ungenutzt, da konventionelle Windkraftanlagen wegen ihrer Größe in der Regel nicht für städtische Gebiete geeignet sind. Daher wird grüne Energie oft aus ländlichen Gebieten in die Städte geliefert, wo nicht selten weite Landstriche mit Windparks oder Solarflächen verbaut werden.
Wissenschaftler am Pekinger Institute für Nanoenergie und dem Georgia Institute of Technology haben nun ein flaches Gerät entwickelt, das Energie sowohl aus der Sonne als auch aus dem Wind gewinnen kann – und zwar gleichzeitig, wie das Wissenschaftsmagazin Spectrum berichtet. Anstatt darauf zu warten, dass genug Wind entsteht um einen Rotor anzutreiben, reicht dazu schon ein leichter Windhauch. Das Gerät nutzt dabei die Reibungselektrizität aus dem so genannten triboelektrischen Effekt, der etwa auch hinter dem Phänomen statischer Aufladung steckt. Wenn zwei verschiedene Materialien sich wiederholt berühren und sich dann wieder trennen, kann die Oberfläche eines Materials Elektronen von der Oberfläche des anderen Materials aufnehmen und sich so elektrisch aufladen.
Die Forscher haben einen solchen Nanogenerator mit siliziumbasierten Solarzellen gekoppelt. Der winzige Generator besteht aus dünnen Platten aus Kunststoff und Teflon, die durch eine Luftschicht getrennt sind. Wenn Wind über das Hybridgerät weht, vibriert die Kunststofffolie auf dem Teflon auf und ab und erzeugt so Reibungselektrizität. Das Gerät ist etwa 120 Millimeter lang und 22 Millimeter breit, also etwa so lang und breit wie ein Schokoriegel. Mit 4 Millimeter Tiefe ist es jedoch nur etwa so dick wie eine Fensterscheibe. „Das Gerät könnte großflächig auf den Dächern von städtischen Gebäuden installiert werden“, so Ya Yang, der Co-Autor der Studie, die im Fachmagazin ACS Nano veröffentlicht wurde.
In ersten Versuchen konnte der Generator bereits rund acht Milliwatt Solarstrom und bis zu 26 Megawatt Leistung aus Windkraft liefern. Damit könnte man einen Lithium-Ionen-Akku von 0,2 bis 2,1 Volt in zehn Minuten aufladen, oder etwa die zahlreichen Sensoren in einem intelligenten Haus mit Strom versorgen, so die Forscher. Das nächste Ziel sei es nun zunächst, eine konstante Spannung von etwa fünf Volt aus dem Gerät zu bekommen.
