Ein indisches Forschungsteam hat eine transparente Nanobeschichtung für Solarmodule entwickelt, die durch den sogenannten Lotuseffekt Staub selbstständig entfernt. In einem sechsmonatigen Test in Tamil Nadu steigerte die Schicht die Stromleistung im Vergleich zu verschmutzten Modulen um 16 Prozent und übertraf selbst täglich manuell gereinigte Anlagen um etwa 7 Prozent.
Staub, Pollen und Ruß sind für Photovoltaik-Betreiber ein dauerhaft kostspieliges Problem. Im globalen Durchschnitt führen diese Ablagerungen zu Ertragseinbußen von drei bis fünf Prozent, wobei die Verluste in trockenen oder stark belasteten Regionen deutlich höher ausfallen können, berichtet forschung-und-wissen.de. Die herkömmliche Lösung – die manuelle Reinigung – bindet Personal und Wasser, was besonders in wasserarmen Gebieten problematisch ist.
Siliziumdioxid und PDMS: Die Chemie hinter dem Lotuseffekt
Die Lösung der Wissenschaftler des PSN Institute of Technology and Science und des Vaigai College of Engineering basiert auf einer Kombination aus Siliziumdioxid-Nanopartikeln und einem Silikonelastomer namens Polydimethylsiloxan (PDMS). Die Nanopartikel haben einen Durchmesser von 20 bis 100 Nanometern. Für die Herstellung wurden sie in Ethanol gelöst, magnetisch gerührt und mit Ultraschall behandelt, bevor sie mit dem PDMS-Grundpolymer und einem Härter vermischt wurden, schreibt trendsderzukunft.de.
Nachdem die Mischung auf das Modulglas gesprüht wurde, erfolgte eine Aushärtung für zwei Stunden bei 80 Grad Celsius. Das Ergebnis ist eine transparente Schicht mit einer Dicke von lediglich 1,5 bis 2 Mikrometern. Diese Struktur erzeugt eine feine Oberflächenrauheit, die in Verbindung mit der niedrigen Oberflächenenergie des Silikons eine sogenannte Superhydrophobie bewirkt.
In der Praxis bedeutet dies: Wassertropfen ziehen sich fast kugelförmig zusammen, da die Kohäsion im Tropfen stärker ist als die Wechselwirkung mit der Oberfläche. Schon bei einer geringen Neigung rollen die Tropfen ab und reißen Schmutzpartikel mit, anstatt einfach abzufließen. So übernehmen Tau, Regen und Wind die Reinigung ohne menschliches Zutun.
Leistungsvergleich auf einem Dach in Tamil Nadu
Um die Wirksamkeit zu beweisen, installierte das Team drei baugleiche PV-Module mit einer Nennleistung von 165 Watt und einem Wirkungsgrad von 15,8 Prozent auf einem nach Süden ausgerichteten Dach in Tamil Nadu. Die Module waren in einem Winkel von 30 Grad geneigt. Während eines Moduls die neue Beschichtung erhielt, wurde ein zweites täglich von Hand gereinigt und das dritte Modul blieb unbehandelt, berichtet scinexx.de.
Der Testlauf erstreckte sich über den gesamten Sommer 2025 unter realen Wetterbedingungen.
- Beschichtetes Modul: Erzielte rund 16 Prozent mehr Leistung als das verschmutzte Referenzmodul.
- Manuell gereinigtes Modul: Lieferte mehr Strom als das verschmutzte Modul, wurde aber vom beschichteten Modul um etwa 7 Prozent übertroffen.
- Unbehandeltes Modul: Verzeichnete die geringste Ausbeute aufgrund von Staubablagerungen.
Dass die Beschichtung sogar die tägliche Handreinigung schlägt, war für die Forscher die überraschendste Erkenntnis. Laut scinexx.de resultiert dieser Vorteil nicht nur aus der Sauberkeit, sondern auch aus einer antireflektierenden Wirkung der Schicht, die mehr Licht in das Modul lässt.
Das überraschendste Ergebnis dieser Forschungsarbeit war, dass das mit PDMS/SiO₂ beschichtete Solarmodul sogar besser abschnitt als das manuell gereinigte Modul.
C. Ayyanar
Temperatursenkung und rechnerische Modellierung
Neben dem Ertrag lieferte die Studie wichtige Daten zur thermischen Stabilität. Die Oberflächentemperatur der beschichteten Module lag um bis zu 12 Prozent niedriger als bei den unbeschichteten Modulen, berichtet Heute. Da der Wirkungsgrad kristalliner Solarzellen bei steigenden Temperaturen sinkt, trägt diese Kühlung direkt zur Leistungsstabilität und potenziell zur längeren Lebensdauer der Anlagen bei.
Um die Ergebnisse abzusichern, kalibrierte das Team ein Einzeldioden-Modell mithilfe von Strom-Spannungs-Kennlinien. Durch einen Partikelschwarm-Optimierungsalgorithmus (PSO) wurden fünf elektrische Parameter bestimmt.
Haltbarkeit als kritischer Faktor für den Markteintritt
Trotz der positiven Ergebnisse aus Tamil Nadu bleibt eine zentrale Frage unbeantwortet: die langfristige Beständigkeit. Die Testphase dauerte sechs Monate – ein Zeitraum, der laut Heute zu kurz ist, um die Haltbarkeit über die typische Lebensdauer eines Solarmoduls von 20 Jahren zu beurteilen.
Die Schicht muss extremen Bedingungen standhalten, darunter intensive UV-Strahlung, Hagel und starke Temperaturschwankungen. In der Vergangenheit sind ähnliche Beschichtungen genau an diesen Anforderungen gescheitert. Ob die PDMS/SiO₂-Komposition diese Hürden nehmen kann, muss sich in kommenden Langzeittests zeigen. Die Arbeit wurde im Fachjournal Next Energy veröffentlicht.
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