Eine innovative, wenn auch einfache Erfindung, die in Hongkong entwickelt wurde, ermöglicht es, die Lebensdauer von Solarmodulen zu verlängern: Es handelt sich um eine Hydrogelbeschichtung.
Diese Neuheit konnte die Energieeffizienz um 13 % steigern und die Temperatur um bis zu 16 °C senken.
Forscher der Polytechnischen Universität Hongkong haben diese kostengünstige Lösung entwickelt, die Hotspots bekämpft, eines der hartnäckigsten Probleme bei städtischen Photovoltaikanlagen.
Die Technologie, die von Professor Yan Jerry und dem Forscher Liu Junwei geleitet wird, basiert auf einem einfachen Prinzip.
Da das Hydrogel Wasser in seiner Struktur speichert und es dann allmählich durch Verdunstung freisetzt, absorbiert dieser Prozess die Wärme der Solarmodule.
So ermöglicht es ihnen, die Temperatur zu senken in den am stärksten von Strahlung oder unregelmäßigem Schatten betroffenen Bereichen.
Weniger Wärme, mehr Energie: der Schlüssel des Hydrogels in Solarmodulen
Das Hydrogel für Solarmodule funktioniert als passives Kühlsystem, das keine Neugestaltung von Schaltkreisen oder Modifikationen der Modulstruktur erfordert.
Es wird direkt auf bereits installierte Module aufgetragen und wirkt, indem es die Wärme durch Verdunstung des enthaltenen Wassers abführt.
In kontrollierten Tests beobachteten die Forscher Temperatursenkungen von bis zu 16 °C an den Hotspots, begleitet von einer Leistungssteigerung von bis zu 13 %.
Diese Verbesserung erhöht nicht nur die sofortige Energieproduktion, sondern reduziert auch den thermischen Stress in den Photovoltaikzellen.
Dadurch können mit Hydrogel beschichtete Solarmodule länger halten, mit einer Leistung nahe ihrer ursprünglichen Kapazität und weniger Modulen, die vorzeitig recycelt werden müssen.
So schützt der kumulative Effekt die Investition und verbessert die jährliche Energiebilanz.
Die Auswirkungen dieser Innovation in dicht besiedelten Städten
In Gebäude integrierte Solarsysteme (BIPV) stehen vor besonderen Herausforderungen in städtischen Umgebungen: Teilweise Schatten, Staub, Fassaden, die Wärme reflektieren, und Dächer, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
All dies erzeugt Hotspots, die das gesamte System nach unten ziehen.
Laut Schätzungen des PolyU-Teams könnte diese Hydrogelbeschichtung die jährliche Produktion um etwa 6,5 % in Hongkong und 7,0 % in Singapur steigern.
Die Amortisationszeiten liegen zwischen 3 und 5 Jahren, abhängig vom lokalen Strompreis.
Die Hydrogeltechnologie passt besonders gut zu Solarmodulen, die auf Dächern und Fassaden in Städten wie Hongkong oder Singapur installiert sind.
Dort wirkt sich jeder Prozentpunkt Effizienz direkt auf die Dekarbonisierungsstrategien aus.
Die Schlüssel der Hydrogelplatten für Solarmodule: langlebige Materialien und geringer Wartungsaufwand
Einer der wichtigsten Fortschritte des Projekts war die Lösung der Neigung konventioneller Hydrogele, mit der Zeit zu reißen oder zu schrumpfen.
Dazu kombinierte das Team ein natürliches Polymer (Hydroxyethylcellulose) mit einer faserigen Struktur, die als leafy cotton thread bekannt ist.
Das Ergebnis ist ein Material, das sein Volumen und seine Integrität nach Monaten der Sonneneinstrahlung, Wind und Regen besser beibehält.
Auf diese Weise begrenzt diese neue Beschichtung die Schrumpfung erheblich, während einige traditionelle Hydrogele fast die Hälfte ihres Volumens verlieren.
Hauptvorteile des Hydrogels:
- Temperatursenkung um bis zu 16 °C
- Effizienzsteigerung um 13 %
- Kompatibel mit bereits installierten Modulen
- Niedrige Implementierungskosten
- Erhöhte Haltbarkeit des Photovoltaiksystems
Es sei darauf hingewiesen, dass Hotspots nicht nur die Effizienz reduzieren. Frühere Studien an Millionen von Photovoltaikmodulen zeigten, dass ein erheblicher Teil thermische Defekte mit Temperaturerhöhungen von über 21 °C aufwies.
Diese zusätzliche Wärme beschleunigt die Degradation der internen Materialien und kann Brandrisiken erzeugen.
In öffentlichen Gebäuden, Schulen oder Gesundheitszentren kann eine Steigerung der jährlichen Produktion um 5 % oder 7 % Ressourcen für andere Dienstleistungen freisetzen.
In Wohnhäusern macht es den Unterschied zwischen der Deckung nur eines Teils des Verbrauchs oder dem Annähern an den vollständigen Eigenverbrauch.
Die Integration dieser Hydrogele mit neuen Generationen von Photovoltaikmodulen, wie denen auf Perowskitbasis, könnte eine ihrer großen Herausforderungen lösen: die Empfindlichkeit gegenüber Wärme und Feuchtigkeit.
