Ciao, Batterie: Diese Technologie revolutioniert Low-Energy-Geräte
Inmitten der Flut an Powerstations auf der IFA 2023 ist ein kleines Start-up nah dran, unser tägliches Leben auf andere Weise zu revolutionieren. Ambient Photonics präsentierte seine hocheffiziente Photovoltaik-Solarzelle für den Schwachlichtbereich, die nicht nur einen etwa dreimal höheren Wirkungsgrad als aktuelle amorphe Siliziumzellen (a-Si) in Innenräumen bietet, sondern auch den ersten Schritt zur möglichen Abschaffung von Einwegbatterien in der Zukunft darstellt. Wie funktioniert das?
Solarbetriebene Gadgets sind nichts Neues: Wir alle kennen Taschenrechner mit Solarzellen – und erst kürzlich haben Logitech und Samsung Geräte mit Solarzellen auf den Markt gebracht: eine kabellose Tastatur und eine TV-Fernbedienung.
Die neue LLI-Photovoltaikzelle (Low-Light-Indoor) hat jedoch das Potenzial, die Dinge noch weiter voranzutreiben. Sie ist effizient genug, um Geräte mit Umgebungslicht zu betreiben, und macht nicht nur Einwegbatterien, sondern auch wiederaufladbare Lithiumakkus überflüssig.
Das Unternehmen behauptet – und demonstrierte dies auf der IFA 2023 mit einer Reihe von Prototypen –, dass seine LLI-Technologie bei der Nutzung von Licht in Innenräumen dreimal effizienter ist als herkömmliche a-Si-Solarzellen. Dadurch reicht eine vergleichsweise kleine (und auch relativ unsichtbare) Fläche auf den Geräten aus, um diese mit Energie zu versorgen.
Ambient Photonics kündigte diese Woche eine Partnerschaft mit dem taiwanesischen Unternehmen Chicony an, um eine batterielose kabellose Tastatur zu entwickeln, die die LLI-Technologie nutzt. Mangels Batteriefach ist diese Tastatur auch schlanker als viele andere Keyboards.
Anstelle von Batterien setzen die Gerät beispielsweise auch auf Superkondensatoren, um eine kleine Menge an Energie speichern, z. B. für den Fall, dass kein Umgebungslicht vorhanden ist. Irgendwie wollt Ihr ja auch im Dunkeln noch Euren Fernseher bedienen können. Die LLI-Technologie funktioniert mit dem gesamten Spektrum des Umgebungslichts – sogar mit einem einzigen Kerzenlicht, bis hin zu herkömmlichen Beleuchtungsarten wie LED, Halogen, Glühbirnen und Leuchtstoffröhren.
Ambient Photonics stellt keine Endverbrauchergeräte her, sondern nur die Solarzellentechnologie. Daher konnte das Unternehmen nicht sagen, wann seine Technologie in den Regalen der Geschäfte zu finden sein wird. In der Ankündigung der Chicony-Partnerschaft hieß es jedoch, dass das taiwanesische Unternehmen die LLI-betriebene Tastatur voraussichtlich Anfang 2024 auf den Markt bringen wird.
Vor der Ankündigung der Tastatur hat Ambient Photonics die Eterna-Plattform von UEI mit Referenzdesigns für Bluetooth-Fernbedienungen für Android-Fernseher ausgestattet und bietet außerdem energieintensive Funktionen wie Hintergrundbeleuchtung und Sprachsteuerung.
Neben Fernbedienungen und Tastaturen sieht das kalifornische Start-up seine Technologie auch in IoT-Geräten wie Produktetiketten in Einzelhandelsgeschäften zum Einsatz kommen. Und wer weiß, welche neuen Produktkategorien angesichts der Möglichkeiten, die die stromsparenden Funkprotokolle bieten, mit dieser Technologie möglich sind? Ich denke da beispielsweise auch an Smart-Home-Sensoren wie Fenster- und Türkontakte, Temperatursensoren und mehr.
Ist der Wirkungsgrad dreimal höher oder dreimal so hoch?
Ich glaube nicht, dass solche Solarzellen in großem Stil Primärzellen vertreiben werden und noch weniger aufladbare Lithiumzellen oder andere Akkuformen, die normalerweise in Geräten mit höherem Leistungsbedarf eingesetzt werden, bei denen der Einsatz von Primärzellen zu teuer wäre..
Mit einem dreimal besserem Wirkungsgrad als amorphe Solarzellen erreicht der neue Typ einen Wirkungsgrad von etwa 50%.
In Deutschland wird pro Jahr und Quadratmeter im Durchschnitt etwa 1000 kWh an Lichtleistung durch die Sonne eingestrahlt. Eine Solarzelle von der Größe 10 * 10 cm, für Fernbedienungen, Wanduhren oder Taschenrechner dürfte das häufig schon viel zu groß sein, kann davon im Idealfall, bei 100% Wirkungsgrad, nur 1% ernten, also im Freien pro Jahr 10 kWh.
In Innenräumen dürfte maximal die Ernte von einem tausendstel dieser Energiemenge möglich sein, also 10 Wh pro Jahr, diese Abschätzung geht aus Angaben von Helligkeitswerten in Innenräumen zu denen im Freien hervor.
Eine AA-Zelle in Alkalie-Chemie kommt auf 3000 mAh, bei 1,5 Volt also etwa auf 3 bis 4 Wh (die Spannung fällt während des Betriebs ab), ein Akku in Nickel-Metallhydrid-Chemie dürfte knapp diese Kapazität auch erreichen, ein Lithium-Ionen-Akku deutlich mehr.
Da die Solarzellen nur etwa 50% Wirkungsgrad haben, können sie also etwa den Energieinhalt einer AA-Zelle in Innenräumen pro Jahr ernten, also auch nur dort Batterien ersetzen, wo eine AA-Zelle mindestens ein Jahr hält. Wo sie weniger lang hält, wird eine Solarzelle mit 10 cm * 10 cm nicht mehr genug Energie in Innenräumen liefern können. Selbst bei optimistischer aber unrealistischer Annahme eines Wirkungsgrades von 100% könnte demnach eine solche Solarzelle also bestenfalls noch dort Batterien ersetzen, bei denen eine AA-Zelle nur ein halbes Jahr hält, oder zwei Zellen ein Jahr.
In Fernbedienungen hält der Batteriesatz allerdings meist viel länger, drei bis 5 Jahre, auch Wanduhren oder LCD-Wetterstationen, sowie die gezeigten Tastaturen sind Anwendungen, in denen ein Batteriesatz weit länger als ein Jahr halten kann und die deshalb als Einsatzmöglichkeiten für solche Solarzellen in Frage kommen. Hier stellt sich aber wiederum die Frage der Wirtschaftlichkeit und auch die der Nachhaltigkeit. Wenn ein Batteriesatz in einer Fernbedienung mehr als drei Jahre hält, braucht man bei einer zehnjährigen Nutzungsdauer drei Batteriesätze zu je zwei Zellen, also sechs Zellen, die zusammen schon für 1,80 € käuflich erwerbbar sind. Ich bezweifle, dass das mit einer 10 cm * 10 cm Solarzellen ebenfalls möglich ist. Und natürlich ist auch nicht gesagt, dass eine solche Solarzelle überhaupt mit weniger Energieeinsatz und Umweltbeeinflussung herstellbar ist, als eben diese sechs AA-Zellen.
Quelle: https://www.solarwatt.de/ratgeber/einstrahlungskarte