Problem der Verschmutzung von Solarmodulen lösen
Solarmodule werden schmutzig. Auf ihrer Oberfläche sammeln sich Staub, Sand und andere Stoffe an, die verhindern, dass die Lichtenergie der Sonne die Solarzellen erreicht, woraus enorme Einbußen bei der Effizienz einer Photovoltaikanlage enstehen. Doch was kann unternommen werden, wenn die Reinigung von Solarmodulen nicht nur sehr kostspielig, sondern auch mühsam ist? Forschende, die am EU-finanzierten Projekt NewSkin arbeiten, haben einen Weg gefunden, dieses Problem zu lösen, indem sie hydrophobe, also wasserabweisende Oberflächen konzipiert haben, die superhydrophil werden, wenn sie UV-Licht ausgesetzt werden. Im Gegensatz zu hydrophoben Oberflächen, auf denen das Wasser abgestoßen wird und sich zu Tröpfchen zusammenzieht, haben superhydrophile Oberflächen eine sehr starke Affinität zu Wasser, das sich auf ihnen ausbreitet und den Kontakt mit dem Material maximal ausnutzt. Dadurch kann die Entfernung von Verschmutzungen von Modulen und Glasfassaden vergünstigt werden, da die Wartung einen geringeren Kostenaufwand verursacht und zeiteffizienter wird, während gleichzeitig die Solarenergieproduktion gesteigert wird. „Wir setzen hier auf die photoinduzierte Hydrophilie auf Oberflächen“, erläutert Diplomand Valentin Heiser vom NewSkin-Projektpartner Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP (Fraunhofer FEP), Deutschland, in einer Pressemitteilung auf der Website des Instituts. „Um diesen Effekt aufzuskalieren, bringen wir erstmals kristallines Titanoxid im Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf ultradünnes Glas auf. Dies ist sehr effizient. Das ultradünne und leichte Glas kann nachträglich auf Fassaden aufgebracht oder direkt als Verbundwerkstoff in die Solarmodule eingearbeitet werden – sogar auf gebogene Oberflächen.“
Veränderung in 30 Minuten
Ohne UV-Einstrahlung ist Titandioxid (TiO2) hydrophob, bildet also Wassertröpfchen. Die Forschenden des Fraunhofer FEP stellten jedoch fest, dass sich eine TiO2-beschichtete Oberfläche nach einer etwa 30-minütigen Bestrahlung mit UV-Licht von hydrophob zu superhydrophil verändert. Auf Oberflächen mit einer solchen Ti02-Beschichtung kann sich durch diesen Effekt kein oder nur sehr wenig Schmutz ablagern. In der Pressemitteilung wird dies näher erläutert: „Setzt sich beispielsweise Verkehrsstaub, Sand oder sonstiger Schmutz auf Glasfassaden oder Solarpanels ab, wird dieser durch die nächtliche Hydrophobie der Oberfläche über abperlende Regentropfen abgewaschen. Darüber hinaus bleibt der Schmutz besonders durch den zyklischen Wechsel von hydrophob und superhydrophil auch tagsüber nicht an der Oberfläche haften.“ Die Forschenden haben nun erste Beschichtungen entwickelt. Konkret wurde eine 30 cm breite und 20 m lange Rolle Dünnglas (mit einer Glasdicke von 100 Mikrometern) in einer Anlage für Rolle-zu-Rolle-Beschichtungen am Fraunhofer FEP mit 30 – 150 Nanometern Titanoxid beschichtet. Einige Herausforderungen gilt es jedoch noch zu bewältigen. Dünnglas ist ein neues Substrat, das sehr leicht bricht und empfindlich auf thermische und mechanische Belastungen reagiert. Außerdem erreicht TiO2 seine besonderen Eigenschaften der Hydrophobie und -philie nur, wenn es kristallin ist. Dafür benötigt es hohe Temperaturen während der Herstellung. In der Pressemitteilung heißt es weiter: „Sputterbeschichtungen mit diesen Anforderungen waren bisher in Rolle-zu-Rolle-Technologie nicht umsetzbar, da gängige Substrate, wie z. B. Folien, den hohen Temperaturen nicht standhalten konnten. Dünnglas bietet hier eine Alternative.“ Durch die im Rahmen von NewSkin (Innovation Eco-system to Accelerate the Industrial Uptake of Advanced Surface Nano-Technologies.) durchgeführten Forschungen konnten die Forschenden am Fraunhofer FEP die Eigenschaften von TiO2 und Dünnglas optimal und kosteneffizient vereinen, um innovative Produkte auf den Markt zu bringen. Forschende des schwedischen Projektpartners, der Universität Uppsala, arbeiten daran, die Ergebnisse auch auf Polymerfolien zu übertragen. Weitere Informationen: NewSkin-Projektwebsite
Schlüsselbegriffe
NewSkin, Solarmodul, Glas, Titandioxid, Titanoxid, hydrophob, superhydrophil
