Die neue Beschichtung wurde sechs Monate lang unter freiem Himmel an der KAUST getestet. Dabei zeigten die behandelten Module nur minimale Leistungsverluste, während die unbeschichteten Module, die denselben Bedingungen ausgesetzt waren, deutliche Einbußen verzeichneten. Gleichzeitig sammelte die Oberfläche nachts Feuchtigkeit aus der Luft, die in einer kontrollierten Demonstration erfolgreich zur Bewässerung von Pflanzen eingesetzt wurde.
Schicht nutzt Tag-Nacht-Temperaturveränderung
Staubablagerungen sind eine bekannte Herausforderung für Solarenergiesysteme – insbesondere in Regionen mit hohen Temperaturen und geringen Niederschlagsmengen. Die Reinigung von Solarmodulen erfordert häufig Wasser und regelmäßige Wartung, was die Betriebskosten erhöhen kann. Das KAUST-Team wollte dieses Problem lösen, indem es eine Oberfläche entwickelte, die sich mithilfe natürlicher Umweltbedingungen selbst reinigen kann.
Das Ergebnis ist eine transparente, nanostrukturierte Beschichtung aus einem lebensmitteltauglichen Silikonmaterial. Sie vereint drei Eigenschaften in einer einzigen Schicht: Sie lässt Sonnenlicht durch, weist Wasser und Staub ab und kühlt nachts leicht unter die Umgebungstemperatur ab. Durch diesen Abkühlungseffekt kondensiert die Feuchtigkeit in der Luft zu Tröpfchen. Diese rollen von der Oberfläche ab und entfernen dabei angesammelten Staub.
„Diese Arbeit konzentriert sich auf eine praktische Herausforderung für Solaranlagen: Wie lässt sich ihre Leistungsfähigkeit in Umgebungen erhalten, in denen Staub und Hitze unvermeidbar sind?“, sagte Qiaoqiang Gan, Professor für Materialwissenschaft und Ingenieurwesen an der KAUST und Leiter der Studie. „Indem wir die natürlich auftretenden Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht nutzen, können wir eine passive Reinigung ohne zusätzlichen Wasser- oder Energieaufwand ermöglichen.“
Neben der Selbstreinigung ermöglicht das Verfahren auch die Gewinnung von Feuchtigkeit aus der Luft. In Feldtests erzeugten die beschichteten Module mehr als doppelt so viel Kondenswasser wie unbeschichtete Oberflächen unter vergleichbaren Bedingungen. Obwohl die Wassermenge relativ gering war, reichte sie in der Studie aus, um eine Bewässerung im kleinen Maßstab zu unterstützen. Das deutet auf mögliche Anwendungen in kleinräumigen landwirtschaftlichen Projekten hin.
Zusätzliche Wasserquelle für Agri-Photovoltaik?
Die Forschung untersuchte außerdem, wie dieser Ansatz in agrivoltaischen Systemen eingesetzt werden könnte, bei denen Solarmodule und Landwirtschaft gemeinsam betrieben werden. Indem die Beschichtung die Oberflächen der Module sauberer hält und zusätzlich eine Wasserquelle bereitstellt, könnte sie in Regionen, in denen Energie- und Wassermanagement eng miteinander verknüpft sind, zu einer effizienteren Nutzung von Land und Ressourcen beitragen.
Die Beschichtung wird mithilfe eines einfachen thermischen Verfahrens hergestellt und kann auf herkömmliche Glasoberflächen aufgetragen werden. Das unterstützt ihr Potenzial für eine großflächige Anwendung. Das Team arbeitet derzeit daran, die Haltbarkeit und Leistungsfähigkeit der Beschichtung über längere Zeiträume sowie unter unterschiedlichen Umweltbedingungen weiter zu untersuchen.
