Was macht Solarmodule besser? Wir müssen sie mit Wasser bespritzen, haben Wissenschaftler herausgefunden

Solarzellen in der Wüste sind dank der dort im Überfluss scheinenden Sonne eines der besten Mittel für die globale Energiewende. Eine neuartige Kühlung könnte dabei helfen, sie drastisch effizienter arbeiten zu lassen. Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI

Die Sonne brennt hinab auf ein blaues Feld: Solarmodule, so weit das Auge reicht. Was nach einem Traum der Energiewende klingt, haftet eine selten diskutierte Schattenseite an: Die Solarmodule mögen Hitze an sich gar nicht – und doch ist sie unvermeidbar.

Forscher von der arabischen Halbinsel stellen eine augenscheinlich genial-simple Konstruktion vor, die Solarzellen deutlich mehr Strom abwerfen lässt und die Ausnutzung bestehender Flächen optimiert – ohne teure Extratechnik.

Auch sonst zeigen die Zeichen klar gen Fortschritt bei regenerativen Energien:

• Ein deutsches Unternehmen will das Geheimnis nutzbarer Kernfusion entschlüsselt haben.
• Windräder werden immer stärker, das weltweit mächtigste steht jetzt in Dänemark – mit deutsch-spanischer Hilfe.
• Strom speichern, wenn er zur Verfügung steht, ist unabdingbar für die Zukunft – gewaltige Betonkugeln am Meeresgrund sollen dabei helfen.

0:23 Wolkenkratzer als 1.000 Meter hoher Energiespeicher

Sandwich-Photovoltaik-Modul

Zafar Said und Fahad Faraz Ahmad und von der Universität von Al-Ain, Vereinigte Arabische Emirate (VAE), zeigen in einem Paper, wie Wassernebel für bestmöglich arbeitende Solarmodule sorgt, nämlich durch deren Kühlung. Ferner stellt ihre Konstruktion eine bessere Ausnutzung der Fläche dar: Pro Quadratmeter an mit Photovoltaik bebauter Fläche kommt deutlich mehr Strom ins Netz.

Die Forscher aus den VAE konstruierten ein zweiseitiges Sandwich-Modul. Außen sitzen zwei handelsübliche Paneele. Eine Seite zeigt direkt zur Sonne, die andere auf einen hellen Untergrund (maximale Reflexion von Licht). Vergleichstests mit einem einseitigen Modul zeigen, dass nur hierdurch etwa 26 Prozent mehr Leistung im Netz ankommen.

Aber die Fläche ist doch bei einem zweiseitigen Modul doppelt so groß, da ist doch klar, dass mehr Strom gewonnen wird?! Das stimmt. Es geht bei diesem Experiment aber auch um die Optimierung der Fläche. Es werden doppelt so viele Paneele auf gleicher Fläche verbaut. Zudem arbeiten beide Seiten effizienter als erwartbar, da eine Kühlung der Paneele zum Einsatz kommt.

Nebelkühlung für mehr Solarstrom

Nun kommt der Trick des Sandwich-Moduls ins Spiel. Er ist in dieser Konfiguration simpel wie zugleich effizient umsetzbar, da zwischen den Paneel-Seiten ein Hohlraum entsteht. Hier mittig sitzt nämlich ein Kühlsystem, das mit niedrigem Druck einen Wassernebel erzeugt und von hinten beidseitig gegen die Photovoltaik sprüht.

Die Anlage wird heruntergekühlt: in einem der Vergleichstests von 60 Grad Celsius Oberflächentemperatur runter auf 45 Grad Celsius.

Und das ist wichtig, denn Photovoltaik-Flächen brauchen Sonnenlicht, um elektrischen Strom zu produzieren – keine Hitze. Eine hohe Umgebungstemperatur sorgt sogar für erhebliche Leistungseinbußen. Am besten funktionieren Solarmodule, wenn ein Thermometer an der dünnen, transparenten Schutzoberfläche, worunter die eigentlichen Solarzellen liegen, 25 Grad Celsius misst.

Das heißt: bei gleicher Sonneneinstrahlung bringt ein Modul, das 25 Grad Celsius warm ist, mehr Leistung als wenn wir 50 Grad Celsius an seiner Oberfläche messen. Der Unterschied zwischen potenzieller und real abgeschöpfter Energie kann selbst im Alltag bei uns mehr als 20 Prozent betragen (soly-energy und enerix).

Deutlich schwerer wiegt dieser Faktor aber in den Wüstenklimaten Afrikas und Arabiens, denn …

• die Solarmodule laufen deutlich früher am Tag buchstäblich heiß (höhere Lufttemperatur)
• die potenzielle Energie durch wolkenlose Tagesstunden von zudem hochstehender Sonne übersteigt die bei uns deutlich

Sobald die Kühlung des Sandwich-Modules läuft, kamen im Vergleich zum einseitigen, ungekühlten Modul folgende Werte heraus:

• bei freiem Himmel etwa 37 Prozent mehr Energieertrag
• bei Bewölkung rund 46 Prozent mehr Energieertrag

Nur die Kühlung addierte nochmal zu den bereits erzielten 26 Prozent Plus an Leistung (ohne Kühlung) nochmal 11 beziehungsweise 22 Prozent obendrauf.

Das Wasser verlässt derweil nie seine Zelle. Durch Kontakt mit der erhitzten Innenwand verdampft das Wasser, steigt gasförmig auf und kondensiert in einem passiv kühlenden Auffangbehälter. Von hier pumpt es die Anlage erneut zu den Sprühdüsen. Der Kreislauf beginnt von vorn.

Modernste Solartechnik in Masse eingesetzt, ist derweil für die arabische Halbinsel nichts Neues. So arbeiten sie dort an mehreren Solarparks, zum Beispiel an einem, der größer als 12.000 Fußballfelder ausfällt – und sogar nachts Strom liefern kann.

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Entwicklungen wie diese zeigen das noch brachliegende Potenzial scheinbar vertrauter Technologie. Es bleibt aber abzuwarten, ob und wann die hier vorgestellte Technik massenweise zum Einsatz kommt. Doch auszugehen von den immensen Summen, die von Staaten in Arabien derzeit für Energieinfrastruktur in die Hand genommen werden, kann ein erster Feldtest großen Ausmaßes eigentlich nur eine Frage der Zeit sein.

Vor allem da damit auch Geld verdient werden kann, wie die beiden Forscher aufzeigen: rund fünf US-Dollar pro Quadratmeter und Jahr mehr als bei einseitigen Anlagen ohne Kühlung unter identischen Umweltbedingungen. Das wären bei dem oben verlinkten, baldigen Neu-Rekordhalter in Abu Dhabi (ebenfalls VAE) 450 Millionen US-Dollar Extra-Umsatz jährlich.