Hydrogel für Solaranlagen: Neue Beschichtung steigert Leistung deutlich

Eine transparente Kühlschicht aus Hongkong könnte das Hotspot-Problem von Solarpanels deutlich entschärfen. Forscher berichten von bis zu 13 Prozent mehr Leistung und spürbar geringeren Temperaturspitzen. Besonders in heißen Regionen soll sich die Technik schnell rechnen.

Solarpanels liefern nur dann optimale Erträge, wenn alle Zellen gleichmäßig arbeiten. In der Praxis kommt es jedoch häufig zu sogenannten Hotspots – lokalen Überhitzungen einzelner Zellen. Ursache sind Verschattung, Verschmutzung oder Materialdefekte.

Diese Überhitzungen treiben nicht nur die Temperatur einzelner Module nach oben, sondern beschleunigen auch deren Alterung. Studien zufolge gehen 22 Prozent aller Modulausfälle in den ersten drei Betriebsjahren auf Hotspots zurück. Eine groß angelegte Untersuchung von mehr als 3,3 Millionen Solarpanels zeigte zudem, dass 36,5 Prozent thermische Defekte aufwiesen. Die betroffenen Module lagen im Schnitt mehr als 21 Grad Celsius über der normalen Betriebstemperatur.

Die Folge: sinkende Stromerträge, schnellere Materialermüdung und eine schlechtere Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage.

Hydrogel-Beschichtung senkt Temperatur um bis zu 16 Grad

Ein Forschungsteam der Hong Kong Polytechnic University unter Leitung von Professor Jerry Yan Jinyue hat nun eine transparente Hydrogel-Beschichtung entwickelt, die genau an diesem Punkt ansetzt.

Die spezielle Kühlschicht wird auf die Oberfläche der Solarpanels aufgebracht und senkt die Temperatur von Hotspots laut den Forschern um bis zu 16 Grad Celsius. In Tests konnte die Gesamtleistung der Module dadurch um bis zu 13 Prozent gesteigert werden.

Das Team kombinierte das natürliche Polymer Hydroxyethylcellulose mit einem faserigen Material in einer Hydrogelmatrix. Ziel war es, typische Schwächen herkömmlicher Hydrogele zu vermeiden. Klassische Gele neigen dazu, nach längerer Nutzung stark zu schrumpfen – teilweise um bis zu 46 Prozent ihres Volumens. Die neue Zusammensetzung soll Rissbildung und Schrumpfung deutlich reduzieren und die Schrumpfungsrate auf 34 Prozent begrenzen.

Veröffentlicht wurden die Ergebnisse in der Fachzeitschrift Materials Horizon.

Weltweites Potenzial für gebäudeintegrierte PV

Laut den Forschern könnte die entwickelte Kühlstrategie global rund 50 Prozent der durch Hotspots verursachten Ertragsverluste in gebäudeintegrierten Photovoltaiksystemen ausgleichen.

Gerade bei Dachanlagen und integrierten Lösungen, wie sie in Städten zunehmend eingesetzt werden, sind Module oft hohen Temperaturen ausgesetzt. In tropischen und subtropischen Regionen nahe dem Äquator – etwa in Südostasien oder Südchina – verschärft sich das Problem zusätzlich durch intensive Sonneneinstrahlung.

In Fallstudien für Hongkong und Singapur rechnet das Team mit jährlichen Mehrerträgen von 6,5 beziehungsweise 7,0 Prozent. Die geschätzte Amortisationszeit liegt bei 4,5 Jahren für Hongkong und 3,2 Jahren für Singapur. Für Anlagenbetreiber in heißen Klimazonen könnte die Technologie damit wirtschaftlich attraktiv sein.

Keine Änderungen an der Elektronik notwendig

Ein Vorteil der Hydrogel-Lösung: Sie greift nicht in die bestehende Verschaltung der Module ein. Laut den Entwicklern lässt sich das Hotspot-Problem ohne Änderungen an den Schaltkreisen lösen. Das macht die Technologie insbesondere für Nachrüstungen interessant.

Die Beschichtung wird als kosteneffizient und benutzerfreundlich beschrieben, was sie für den Einsatz in dicht bebauten, urbanen Umgebungen prädestiniert. Damit könnte sie einen Beitrag zur Effizienzsteigerung bestehender PV-Anlagen leisten – ohne aufwendige technische Umbauten.

Industrie zeigt Interesse an Kommerzialisierung

Seit Veröffentlichung der Studie habe es bereits positive Rückmeldungen aus der Industrie gegeben. Mehrere Unternehmen seien an einer Kommerzialisierung der Hydrogel-Technologie interessiert.

Geplant sind nun großflächige Praxistests und Kooperationen mit Industriepartnern, um die Technik zunächst in Festlandchina und später auch international einzuführen. Langfristig soll der hydrogelbasierte Verdunstungskühlungsansatz die Einführung neuer Photovoltaik-Technologien unterstützen und zur urbanen Klimaneutralität beitragen.

Ob sich die Beschichtung im realen Langzeiteinsatz bewährt und wie sie sich unter verschiedenen klimatischen Bedingungen schlägt, dürfte nun entscheidend für den Markterfolg sein. Klar ist jedoch: Die Kühlung von Solarmodulen rückt zunehmend in den Fokus – als Hebel für mehr Effizienz ohne zusätzliche Modulfläche.