Lassen Sie Solarpaneele schwitzen, um sich abzukühlen
Lassen Sie Solarpaneele schwitzen, um sich abzukühlen
Wie Menschen können auch Solarpaneele nicht richtig funktionieren, wenn sie zu heiß werden. Forscher haben nun jedoch eine Methode entdeckt, sie durch „Schwitzen“ zu kühlen und so die Energieausbeute zu erhöhen, berichtet Science.
„Dies ist eine einfache und effektive Methode, um bestehende Solarpaneele nachzurüsten und die Effizienz sofort zu steigern“, sagte Liangbing Hu, Materialwissenschaftler an der University of Maryland, College Park.
Weltweit verfügen Solaranlagen heute über eine Kapazität von mehr als 600 GW und decken damit 3 % des globalen Strombedarfs. Diese Kapazität soll sich in den nächsten zehn Jahren verfünffachen. Die meisten Solarmodule nutzen Silizium, um Lichtenergie in Strom umzuwandeln. Herkömmliche Siliziumzellen können jedoch nur 20 % der Sonnenenergie in Strom umwandeln; der größte Teil der restlichen Energie wird in Wärme umgewandelt, wodurch sich das Modul um bis zu 40 Grad Celsius erhitzen kann. Sobald die Temperatur 25 Grad Celsius übersteigt, sinkt der Wirkungsgrad des Moduls. Zhou Jun, Materialwissenschaftler an der Huazhong University of Science and Technology, erklärte, dass Ingenieure Schwierigkeiten hätten, den Wirkungsgrad der Stromumwandlung um 0.1 % zu steigern, da bereits eine Steigerung der Produktionskapazität um 1 % wirtschaftliche Vorteile mit sich brächte.
Vor Jahrzehnten entdeckten Forscher, dass die Kühlung von Solarmodulen mit Wasser deren Wirkungsgrad steigern kann. Einige Unternehmen bieten heute auch wassergekühlte Systeme an, doch diese benötigen große Mengen Wasser sowie Tanks, Rohre und Pumpen. In trockenen Regionen und Entwicklungsländern mit mangelnder Infrastruktur ist dies selten realisierbar.
In den letzten Jahren haben Forscher Materialien entwickelt, die Wasserdampf aus der Luft absorbieren und zu Trinkwasser kondensieren können. Das beste dieser Materialien ist ein Gel, das nachts bei kühler Luft und hoher Luftfeuchtigkeit Wasserdampf aufnimmt. Das Gel, eine Mischung aus Kohlenstoffnanoröhren in einem Polymer und Calciumchloridsalz, kondensiert den Wasserdampf zu eingeschlossenen Wassertröpfchen. Steigen die Temperaturen tagsüber, gibt das Gel den Wasserdampf wieder ab. Wird es mit transparenter Folie abgedeckt, wird der freigesetzte Dampf aufgefangen und kondensiert zu flüssigem Wasser, das in den Aufbewahrungsbehälter fließt.
Daraufhin kamen Wang Peng, Umweltingenieur an der Hong Kong Polytechnic University, und seine Kollegen auf die Idee, Kondenswasser als Kühlmittel für Solarzellen zu verwenden. Die Forscher drückten eine ein Zentimeter dicke Gelschicht auf die Unterseite eines herkömmlichen Silizium-Solarmoduls. Die Idee dahinter ist, dass das Gel tagsüber Wärme von den Solarzellen aufnimmt und Wasserdampf abgibt. Verdunstendes Wasser kühlt die Solarzellen, ähnlich wie Schweiß, der von der Haut verdunstet, den menschlichen Körper kühlt.
Die Forscher stellten fest, dass die benötigte Gelmenge maßgeblich von der Luftfeuchtigkeit abhängt. In einer Wüstenumgebung mit 35 % Luftfeuchtigkeit werden 1 kg Gel pro Quadratmeter zu kühlender Solarzellen benötigt; in einem schwülen Gebiet mit 80 % Luftfeuchtigkeit reichen hingegen nur 0.3 kg Gel pro Quadratmeter Kühlfläche aus.
Unabhängig vom Anwendungsszenario war das Ergebnis dasselbe: Die Temperatur der wassergekühlten Solarpaneele sank um 10 Grad Celsius. Am 11. Mai berichteten Wang Peng und seine Kollegen in „Nature – Nachhaltige Entwicklung“, dass die Stromerzeugung der Paneele in einem Freilandtest um durchschnittlich 15 % und maximal um 19 % anstieg und der Wind den Kühleffekt möglicherweise verstärkt hatte.
Zhou Jun wies jedoch darauf hin, dass Regenwasser das Calciumchlorid im Gel auflöst und dadurch dessen Wasseraufnahmefähigkeit beeinträchtigt. Wang Peng erklärte, dass sich das Gel an der Unterseite der Solarzellen befinde und daher vor Regen geschützt sein sollte. Gleichzeitig entwickle sein Team ein Gel der zweiten Generation, das auch bei Wasserkontakt nicht abgebaut werde.
Eine weitere Designoption besteht in einem Gerät, das das verdunstete Wasser auffängt und wieder kondensiert. Das Wasser könne dann zur Reinigung von Solarmodulen von Staubablagerungen verwendet oder als Trinkwasser gespeichert werden, wodurch dringende Bedürfnisse in Trockengebieten gedeckt würden, erklärte Wang Peng.
