Baumstruktur steigert Solar-Ausbeute um 50%

13-Jähriger gewinnt Young Naturalist Award

Solarbaum: Natürliche Bauweise für höhere Ausbeute (Foto: Aidan Dwyer)

New York (pte015/22.08.2011/13:30) Dem 13-jährigen New Yorker Aidan Dwyer ist es gelungen, die Energieausbeute von Solarzellen um bis zu 50% zu steigern. Die Idee dazu kam ihm bei einem winterlichen Wanderausflug in die Berge. Über die Beobachtung und Analyse des Wachstums von Bäumen kam er einem altbekannten, mathematischen Muster auf die Spur und bastelte dazu seinen eigenen Proof-of-Concept. Seine Entdeckung brachte ihm nicht nur ein potenziell wertvolles Patent, sondern auch einen "Young Naturalist Award" des Museum of Natural History http://amnh.com ein.

Von der Antike in den Hinterhof

"Die Form der Äste der Bäume kam mir eigenartig vor", beschreibt der Teenager den Beginn seiner Forschungsarbeit, die in den Catskill Mountains im Bundesstaat New York begannen. "Ich dachte eigentlich, Bäume wären einfach eine Anhäufung verworrener Äste, doch ich konnte ein Muster in ihrem Wachstum erkennen. Ich machte Fotos der Zweige verschiedener Baumarten, und die Anordnung wurde klarer."

Dwyer stellte fest, dass Äste in einem nach oben verlaufenden Spiralmuster wuchsen, und vermutete, dass dies vielleicht Vorteile bei der Lichtausbeute bringen könnte. Weitere Nachlese führte ihn vom antiken Indien über das 18. Jahrhundert bis in den Hinterhof seines Hauses.

Fibonacci-Sequenz

Letztlich stolperte er bei seinen Recherchen auch über Leonardo da Pisa, auch genannt "Fibonacci", der sich im Italien des 13. Jahrhunderts mit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Hasen befasste. Dabei kam er auf ein Zahlenmuster, dass sich schon in der Philosophie des altindischen Sanskrit wiederfindet. Dieses beginnt mit den Zahlen 0 und 1 und setzt sich durch die Addition des Ergebnisses mit der jeweils davor liegenden Ziffer fort.

So ergibt sich eine fortlaufende Zahlenreihe nach dem Schema "0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13,...", die auch als die Fibonacci-Sequenz bekannt ist. Diese liegt als natürliche Bauweise etwa dem Gehäuse von Seeschnecken zu Grunde. Mitte des 18. Jahrhunderts entdeckte Charles Bonnet die mathematische Basis für das Wachstum von Bäumen. Und diese, so die Erkenntnis von Dwyer, entspricht Fibonaccis Zahlenreihe.

Erfolgreicher Test

Der junge Tüftler begann schließlich mit der Konstruktion eines Prototypen. Auf einer Plastikröhre befestigte er künstliche Zweige anhand der errechneten Anordnung und Winkelmaße. Das baumartige Konstrukt wurde schließlich um Solarzellen ergänzt, die den Platz der Blätter einnahmen. Zum Vergleich baute er eine Miniatur einer herkömmlichen Anordnung, bei der die Solarpanels flach im 45-Grad-Winkel aufliegen.

Der Testlauf beider Modelle dauerte von Oktober bis Dezember, und im Schnitt fingen die Photovoltaikzellen am Baumgerüst täglich rund zweieinhalb Stunden länger Sonnenlicht ein und kamen damit auf ein Energieplus von 20%. Beim Sonnentiefststand im Dezember gelang seiner Erfindung sogar eine um 50% höher liegende Ausbeute. Gleichzeitig erwies sich die Bauweise als platzsparender und unempfindlicher gegen Wettereinflüsse.

Dwyer testet nun weitere Variationen der Fibonnaci-Sequenz, da sich Bäume je nach geografischer Lage unterschiedlicher Wachstumsmuster bedienen. Seinen Ansatz hat er sich mittlerweile patentieren lassen. Abseits des technologischen Fortschritts hob er jedoch einen anderen Aspekt hervor: "Die wichtigste Entdeckung ist, dass uns die Natur auch in den dunkelsten Tagen des Winters ihre Geheimnisse verrät."

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