Studie: Solarpanels umweltschonend reinigen und effektiver nutzen

Forscher haben eine neue Technologie entwickelt, um Solarpanels zu reinigen. Damit könnten sie Millionen Liter an Frischwasser einsparen.

Artikel veröffentlicht am 21. März 2022, 10:40 Uhr, Patrick Klapetz

Eine Elektrode fährt über ein mit Sand überschüttetes Solarpanel und reinigt es von den Körnern. (Bild: Sreedath Panat, Kripa K. Varanasi)

Solarenergie gilt als eine nachhaltige Technologie, um saubere Energie zu gewinnen. Die Solarzellen werden von den Sonnenstrahlen getroffen und wandeln die natürliche Ressource in für den Menschen verwendbare Energie um. Der Nachteil: Die Sonne muss scheinen. Damit es sich wirklich rentiert, werden große Anlagen in sonnenlichtreichen Regionen errichtet, beispielsweise in Wüsten.

In Wüsten gibt es aber viel Sand und der wird vom Wind sogar über Länder hinweg geweht - wie man zuletzt beim Saharastaub beobachten konnte, der auch in manchen Regionen in Deutschland den Himmel gelblich gefärbt hat. Dieser Staub legt sich auch auf die Panels von Solarfarmen.

Am 11. März 2022 veröffentlichten zwei MIT-Wissenschaftler in der Zeitschrift Science Advances einen Artikel, der dieses Problem beschreibt. Kripa Varanasi, Professor für Maschinenbau, erklärt darin, dass die Energieleistung der Paneele bereits zu Beginn der Staubansammlung stark abnehme, wenn sie nicht gereinigt würden. Nach einem Monat bedeute das einen Abfall von 30 Prozent.

Leistungsverlust und Wasserverschwendung

Er und sein Kollege Sreedath Panat rechneten aus, dass bei einem Leistungsrückgang von lediglich drei bis vier Prozent ein weltweiter Verlust von bis zu 5,5 Milliarden Dollar eingefahren wird.

Die Panels müssen also kontinuierlich gereinigt werden. Das Problem: Umweltschonend ist das nicht. Die Reinigung wird von Mitarbeitern der Solarfarmen durchgeführt und erfolgt mit Frischwasser. Dafür verbraucht man heute bereits 10 Milliarden Gallonen Frischwasser pro Jahr - umgerechnet sind das ungefähr 38 Milliarden Liter. Damit könnte man laut den Forschern bis zu zwei Millionen Menschen mit Frischwasser versorgen. Dieses Wasser muss erst einmal zu den Farmen transportiert werden, was besonders in Wüstenregionen ein logistischer Aufwand ist.

Es gibt aber eine Lösung

In ihrem Aufsatz Electrostatic dust removal using adsorbed moisture-assisted charge induction for sustainable operation of solar panels (Elektrostatische Staubentfernung mittels adsorbierter feuchtigkeitsunterstützter Ladungsinduktion für den nachhaltigen Betrieb von Solarpanels) beschreiben die Forschenden einen Lösungsweg.

Dafür schieben sie eine einzelne Elektrode wie einen einfachen Metallstab über die Solarpanels. Dadurch wird ein elektrisches Feld erzeugt, mit dem die Staubpartikel aufgeladen werden - ähnlich wie beim Reiben eines Luftballons an den Haaren. Damit die Partikel von den Panels abgestoßen werden, muss vorher eine nur wenige Nanometer dicke, transparente leitfähige Schicht auf der Glasabdeckung des Solarpanels aufgetragen werden. Den richtigen Spannungsbereich haben die Forscher im Labor bereits herausgefunden.

Auf die Luftfeuchtigkeit kommt es an

Wichtig dabei ist der Grad der Luftfeuchtigkeit. "Solange die Luftfeuchtigkeit über 30 Prozent liegt, kann man fast alle Partikel von der Oberfläche entfernen, aber je geringer die Luftfeuchtigkeit ist, desto schwieriger wird es", so Panat. Mit der Luftfeuchtigkeit legt sich nämlich eine dünne Wasserschicht auf die Partikel, die für die Methode entscheidend ist. Die meisten Wüsten haben tatsächlich eine Luftfeuchtigkeit von circa 30 Prozent. Und selbst dort, wo sie geringer ist, ist sie zumindest im Morgengrauen zur Taubildung höher.

Die Forscher stellen sich ein automatisiertes System vor, das an den einzelnen Panels angebracht ist. Es benötigt nur einen kleinen Teil der gesammelten Solarenergie. Ein kleiner Elektromotor würde ein Riemensystem antreiben, das die Elektrode auf dem Panel hin- und herbewegen würde. Noch muss das alles aber in der Praxis getestet werden.