Selbstreinigende Nano-Beschichtung lässt Solarmodule 16 Prozent mehr Strom liefern

Ein indisches Forschungsteam hat eine transparente Nanobeschichtung entwickelt, die Solarmodule selbstständig sauber hält und dabei deutlich mehr Strom liefert als tägliche Handreinigung. In einem sechsmonatigen Freilandtest auf einem Dach in Tamil Nadu produzierte das beschichtete Modul 16 Prozent mehr Leistung als ein verschmutztes Vergleichsmodul und sieben Prozent mehr als ein Modul, das jeden Tag manuell gereinigt wurde. Genau dieses Ergebnis überraschte die Forscher:innen am meisten, wie Studienleiter Ayyanar Chellaiah vom PSN Institute of Technology and Science berichtet.

Silizium und Silikon gegen den Staub

Die Beschichtung besteht aus Siliziumdioxid-Nanopartikeln in einer Matrix aus Polydimethylsiloxan, kurz PDMS. Für die Herstellung lösten die Wissenschaftler:innen die Nanopartikel in Ethanol, rührten die Mischung magnetisch durch und behandelten sie zusätzlich mit Ultraschall. Anschließend kombinierten sie die Suspension mit dem PDMS-Grundpolymer und einem Härter, sprühten das Gemisch auf das Modulglas und ließen es bei 80 Grad Celsius zwei Stunden lang aushärten. Übrig bleibt eine transparente Schicht von etwa 1,5 bis 2,0 Mikrometer Dicke mit stark wasserabweisenden Eigenschaften, Fachleute sprechen von Superhydrophobie. Wassertropfen perlen auf der Oberfläche ab und reißen dabei Staub, Pollen und andere Ablagerungen mit sich, ganz ohne Zutun von Menschen.

Drei Module, ein Dach, sechs Monate Realbetrieb

Für den Vergleich installierte das Team drei baugleiche PV-Module mit einer Leistung von 165 Watt und einem Wirkungsgrad von 15,8 Prozent auf einem südausgerichteten Dach, geneigt um 30 Grad. Ein Modul trug die neue Beschichtung, eines wurde täglich von Hand gesäubert, das dritte blieb unbehandelt der natürlichen Verschmutzung durch Sommerstaub ausgesetzt. Die Testphase lief über den gesamten Sommer 2025 unter realen Wetterbedingungen, nicht im Labor. Nach sechs Monaten zeigte sich: Wind und Regen reichten aus, damit das beschichtete Modul seine Leistungsfähigkeit hielt, während das unbehandelte Vergleichsmodul durch Staubablagerung spürbar an Ertrag verlor.

Kühlere Zellen, präzisere Modelle

Neben dem Stromertrag maß das Team auch die Betriebstemperatur der Module. Die beschichtete Variante lief bis zu zwölf Prozent kühler als die unbeschichteten Vergleichsmodule, was die Leistungsstabilität zusätzlich verbesserte, denn Solarzellen verlieren bei Hitze an Effizienz. Um die Ergebnisse rechnerisch zu untermauern, kalibrierten die Forscher:innen zudem ein sogenanntes Einzeldioden-Modell anhand der gemessenen Strom-Spannungs-Kurven des beschichteten Moduls. Mithilfe eines Partikelschwarm-Optimierungsalgorithmus bestimmten sie die fünf elektrischen Kenngrößen des Modells und erreichten dabei eine sehr geringe Abweichung zu den gemessenen Werten. Die Übereinstimmung zwischen Simulation und Realdaten bestätigt aus Sicht der Autor:innen, dass sich der Effekt der Beschichtung auch rechnerisch zuverlässig abbilden lässt.

Beteiligt an der Studie waren Wissenschaftler:innen des PSN Institute of Technology and Science und des Vaigai College of Engineering in Indien. Veröffentlicht wurde die Arbeit im Fachjournal Next Energy. Für Betreiber:innen von Solaranlagen in staubigen oder ländlichen Regionen könnte die Beschichtung eine wartungsarme Alternative zur regelmäßigen Reinigung darstellen, die zugleich mehr Ertrag verspricht als die klassische Handarbeit. Gerade in Regionen mit knappen Wasserressourcen, etwa in Teilen Indiens oder im Nahen Osten, entfällt zudem der Wasserverbrauch für die manuelle Reinigung der Modulflächen. Ob sich die Beschichtung auch über Jahre hinweg unter extremer Sonneneinstrahlung und Temperaturschwankungen bewährt, muss sich in Langzeittests erst noch zeigen.

via pv-magazine

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