Bessere Effizienz: Fraunhofer-Institut entwickelt selbstreinigende Solarmodule

In Deutschland wurden im Jahr 2021 rund 50 TWh an Solarstrom produziert. Dies entspricht rund 8,9 Prozent der Bruttostromerzeugung hierzulande. Folgt man den Plänen der Bundesregierung, sollen beide Werte zukünftig stark ansteigen. Möglich ist dies einerseits durch die Installation neuer Anlagen. Denkbar ist aber auch, die bisher schon bebauten Flächen effizienter zu nutzen. Forscher weltweit arbeiten daher an immer effizienteren Solarzellen. Einen etwas anderen Ansatz verfolgen Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP: Sie wollen die negativen Effekte der zunehmenden Verschmutzung von Solarmodulen eliminieren. Das grundsätzliche Problem ist allgemein bekannt. Wenn sich Staub und Schmutz auf den Solarmodulen ansammelt, dringen weniger Sonnenstrahlen durch und die darunter liegenden Solarzellen können weniger Strom produzieren. Die manuelle Reinigung ist allerdings recht aufwändig. Zumal die Module oft an nicht so einfach erreichbaren Orten installiert werden – etwa auf Hausdächern.

So verhält sich die Oberfläche ohne UV-Einstrahlung – also nachts. Bild: Fraunhofer FEP

Titanoxid verändert seine Eigenschaften im Tag-Nacht-Rhytmus

Mechanische Lösungen wie etwa speziell entwickelte Roboter lohnen sich wiederum nur bei sehr großen Anlagen. Die Fraunhofer-Forscher haben daher einen anderen Weg beschritten und eine spezielle Oberfläche entwickelt, die sich mehr oder weniger von selbst reinigt. Dafür wurde eine Schicht von Titanoxid auf ultradünnem Glas ausgebracht. Der Clou: Titanoxid verändert unter der Einstrahlung von UV-Licht seine Eigenschaften – von hydrophob zu superhydrophil. Bei Solarmodulen wechseln die Eigenschaften somit gemeinsam mit dem bekannten Tag-Nacht-Rhythmus. Dies hat zur Folge, dass Dreck, Staub und Schmutz sich nicht dauerhaft auf der Oberfläche ansammeln können. Die Herstellung entsprechender Oberflächen ist allerdings gar nicht so einfach. Denn damit das Titanoxid die gewünschten Eigenschaften erreicht, muss es kristallin sein. Dies wiederum sorgt dafür, dass während des Produktionsprozesses sehr hohe Temperaturen benötigt werden. Folien können daher nicht so einfach entsprechend beschichtet werden. Deshalb sind die Forscher auf sogenanntes Dünnglas ausgewichen.

Und so mit UV-Strahlung tagsüber. Bild: Fraunhofer FEP

Die Kosten stehen noch nicht endgültig fest

In einer ersten Pilotanlage ist es tatsächlich gelungen, Glas mit einer Dicke von lediglich 100 Mikrometern mit einer nochmal deutlich dünneren Schicht an Titanoxid zu überziehen. Dies wiederum bildet nun die Grundlage dafür, den Prozess weiter zu optimieren. Gemeinsam mit Unternehmen der Solarindustrie sollen marktreife Produkte entwickelt werden. Die neue ultradünne Glasschicht könnte dann entweder direkt in neu produzierten Solarmodulen verbaut werden. Denkbar wäre aber auch, bereits existierende Solarparks entsprechend nachzurüsten. Ob sich dies tatsächlich lohnt, dürfte aber nicht zuletzt von den Produktionskosten des selbstreinigenden Materials abhängen. Wie hoch diese letztlich ausfallen werden, lässt sich aktuell aber noch nicht seriös prognostizieren. Theoretisch gibt es für das entwickelte Verfahren zudem noch zahlreiche weitere Anwendungen. Denn das Titanoxid zersetzt auch organische Moleküle. Theoretisch lassen sich so also auch sterile und antibakterielle Oberflächen schaffen, die unter anderem in der Medizintechnik benötigt werden.

Via: Fraunhofer