Saubere Solarmodule ohne Wasser

In sonnigen Wüstenregionen lässt sich besonders viel Strom mit Solarkraftwerken erzeugen. Doch in solchen trockenen Gebieten mangelt es an Wasser, um die Module regelmäßig von abschattenden Staubschichten zu befreien. Dieses Problem wollen Wissenschaftler nun mit einer elektrostatischen Reinigungsmethode lösen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science Advances" berichten, ließen sich in ersten Versuchen die meisten Staubpartikel mithilfe von elektrischen Spannungsfeldern schonend beseitigen.

In Nordafrika, auf der arabischen Halbinsel oder im US-Bundesstaat Arizona wird bereits mit riesigen Solarkraftwerken elektrischer Strom erzeugt. Doch binnen eines Monats können sich so viele Staubpartikel auf den Modulen ablagern, dass deren Leistung halbiert wird. Ein einfaches Abfegen der verdreckten Solarmodule ist nicht zu empfehlen, da die Oberfläche leicht verkratzt und dadurch die Stromausbeute dauerhaft verringert werden kann. Bislang werden deswegen große Wassermengen für die Reinigung verwendet, die aber vor allem in solchen trockenen Regionen nur schwierig aufzubringen sind. Um Wasser einzusparen, entwickelten Sreedath Panat und Kripa Varanasi vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge nun eine alternative Reinigungsmethode.

Zunächst betrachteten die beiden Forscher die Staubpartikel aus einer Wüste in Arizona genauer. Es zeigte sich, dass die Partikel hauptsächlich aus Sand bestehen – genauer aus Siliziumdioxid. Eigentlich lassen sich diese Kristalle nicht elektrostatisch aufladen, doch bei einer Luftfeuchtigkeit zwischen 30 und 95 Prozent absorbieren die Sandkörnchen so viel Wasser, dass sich ihre elektrische Leitfähigkeit erhöht. In ersten Laborversuchen verteilten Panat und Varansi leicht feuchte Sandkörnchen verschiedener Größen auf einem kleinen Solarmodul, das mit einem durchsichtigen und elektrisch leitfähigen Material beschichtet war. An das Solarmodul schlossen sie eine Elektrode an, mit der sich Spannungen von bis zu 12 000 Volt erzeugen ließen. Aufgrund dieser elektrischen Spannungen luden sich die Sandkörnchen positiv auf und wurden von der negativ geladenen Elektrode angezogen.

Die Laborversuche von Panat und Varansi zeigen, dass sich verdreckte Solarmodule mithilfe von tragbaren Elektroden fast vollständig reinigen lassen: Nahezu alle Sandkörnchen mit einem Durchmesser von über 30 Mikrometer wurden bereits ab Spannungen von 6000 Volt von der Elektrode angezogen. Nur kleinere Körnchen blieben wegen größerer Haftkräfte auf der Oberfläche liegen. Ein aufwendiges Säubern mit Wasser ist damit nicht mehr nötig, sofern die Solarmodule mit dem speziellen Material beschichtet sind. Auch lasse sich die Methode, so die Forscher, in vielen Wüstenregionen anwenden, da die Luft zumindest in den Nachtstunden eine ausreichende Feuchtigkeit aufweise.