Wenn unsere Körper überhitzen, schwitzen wir, um uns abzukühlen. Auch die Effizienz von Solarmodulen lässt sich durch Abkühlung steigern. Es gibt nur eine Krux daran: Gerade an jenen Orten, an denen Sonnenenergie am effektivsten genutzt werden könnte, ist kühlendes Wasser eine knappe Ressource. Dazu mindern Kosten für Wassertanks, Pumpen und Rohre die wirtschaftliche Rentabilität.

Herkömmliche Solarmodule können zudem meist nur rund 20 Prozent der auftreffenden Solarenergie in Elektrizität umwandeln. Der Rest verpufft als Wärme, die wiederum die Effizienz ab 25 Grad Celsius empfindlich schmälert. Kühlung galt also immer schon als wichtig, aber auch als umständlich und teuer.

Forscher der Universität Maryland haben deshalb ein Gel entwickelt, das der Umgebungsluft in der Nacht Feuchtigkeit entzieht und den gesammelten Wasserdampf untertags wieder kondensieren lässt. Unter die Solarmodule geklebt, entzieht das Gel so während des Verdampfens der typischen Keramikzelle Hitze.

In Tests konnten Solarmodule um bis zu zehn Grad Celsius gekühlt werden. Ihre Effizienz stieg im Schnitt um 15 Prozent, bei optimalen Bedingungen mit leichtem Wind wurden gar 19-prozentige Steigerungen gemessen. Liangbing Hu, einer der führenden Materialforscher am Projekt, sprach von einem "einfachen, eleganten und effektiven Weg, bestehende Solarzellen mit sofortiger Effizienzsteigerung auszustatten".

Auf die Feuchtigkeit kommt's an

Wie viel Gel man braucht, hängt freilich von der Luftfeuchtigkeit ab. So habe man bei Tests in sehr trockenen Wüstengegenden ein Kilogramm des Gels benötigt, um einen Quadratmeter eines Panels effektiv zu kühlen. In Gegenden mit bis zu 80 Prozent Luftfeuchtigkeit hätten aber 300 Gramm gereicht, so die Forscher im renommierten "Nature"-Magazin.

Das Gel besteht aus einer Mischung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einem Polymer und einem wasseranziehenden Kalziumchlorid-Salz. Noch ist das Gel durch Regenwasser angreifbar, durch die Installation an der Unterseite aber weitestgehend geschützt. Es wird aber bereits an einem verbesserten, wasserfesten Gel gearbeitet.

Boom günstiger Solarenergie

Das Gel kann – anders installiert – auch von einem durchsichtigen Plastikballon umgeben werden und so kondensierendes Wasser auffangen. Dies könnte genutzt werden, um Paneele von Staub zu befreien – ein zusätzlich hemmender Faktor bei der Erzeugung von Elektrizität durch Solarenergie. Der Trend zur immer effizienteren und damit günstigeren Aufbereitung ist jedenfalls unaufhaltbar. 2020 dürfte die jährliche globale Kapazität der Solarenergie rund 600 Gigawatt betragen. Sie deckt damit rund drei Prozent des globalen Bedarfs an Elektrizität.

Experten gehen davon aus, dass sich dieser Wert bis 2030 verfünffachen wird. 2020 dürfte außerdem das Jahr werden, in dem die USA erstmals mehr Elektrizität aus Solarenergie produzieren als aus Kohle. Noch vor zehn Jahren kam knapp die Hälfte des US-Stroms aus Kohlekraftwerken. Das ändert sich gerade rapide, trotz Donald Trumps Versuchen, Kohlekraft durch weniger strenge Umweltauflagen zu pushen. Mit ein Grund für den Boom sind zwar auch Kohlekraftwerke, die aufgrund der Corona-Pandemie nur auf Sparflamme liefen, hauptsächlich hat es aber mit den sinkenden Preisen der erneuerbaren Energie zu tun. (faso, 6.5.2020)