Wenn Solarmodulen das Licht ausgeht

Gefährdet die Verschmutzung von Solarmodulen diese Prognose?

Ilse: Verschmutzungen gefährden diese Entwicklung nicht, aber sie haben erhebliche Auswirkungen auf die Effizienz von Fotovoltaik-Anlagen. Zu solchen Ablagerungen von Verunreinigungen auf Solarmodulen zählen etwa Mineralstaub, Vogelkot, Biofilme von Bakterien, Algen, Flechten, Moose oder Pilze, Pflanzenabfälle oder Pollen, Motorabgase oder Industrieemissionen und landwirtschaftliche Emissionen wie Futterstäube. Dieses als „Soiling“ bezeichnete Phänomen kann eine drastische Reduzierung der Stromerzeugung und damit der vom Betreiber ursprünglich kalkulierten wirtschaftlichen Erträge zur Folge haben.

Wo tritt das Soiling-Problem denn am stärksten auf?

Ilse: Besonders relevant ist Soiling beim Einsatz von Fotovoltaik in Wüstengebieten. Diese bieten als Standorte zunächst zahlreiche Vorteile: Im Sonnengürtel der Erde ist die Sonneneinstrahlung teilweise doppelt so hoch wie in unseren Breiten. Allerdings müssen Solarmodule beim Betrieb in Wüstenregionen auch besonderen Anforderungen gewachsen sein. Neben der UV-Einstrahlung, hohen Temperaturen sowie großen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht zählt dazu insbesondere das Soiling: Wenn der Wüstenwind Staub und Sand auf die Anlagen weht und diese dann unter anderem durch Taubildung auf der Moduloberfläche „festbacken“ können, erreicht weniger Licht die Solarzellen, sodass entsprechend weniger Strom produziert wird.

Eine Reinigung muss behutsam erfolgen

Gibt es denn bereits Ansätze für eine Lösung des Soiling-Problems?

Ilse: Es gibt heute bereits mehrere Ansätze, um Soiling zu begegnen. Verschmutzte Module werden in erster Linie mechanisch gereinigt, etwa durch manuelles, halbautomatisches oder vollautomatisches Abwischen oder Abkehren. Diese Reinigung kann aber ihrerseits auch negative Auswirkungen haben: Durch Kratzen oder Abrieb können die typischen Antireflexbeschichtungen von Solarmodulen beschädigt werden, was sich negativ auf deren Wirkungsgrad auswirkt. Weitere mögliche Folgen sind Korrosion oder thermische Schocks, weil es beim Aufeinandertreffen der heißen Module mit kaltem Wasser zum Bruch von Solarzellen, Abdeckungsgläsern oder der Ausdehnung von Mikrorissen kommen kann.

Was wäre denn dann aus Ihrer Sicht die bessere Lösung?

Ilse: Eine bessere Lösung wären optimierte Oberflächen der Module, die dafür sorgen, dass Staub und Sand erst gar nicht stark anhaften können und natürliche Reinigungsmechanismen wie Wind und Regen besser wirken. Die Entwicklung solcher Anti-Soiling-Beschichtungen ist ein weiterer Forschungsschwerpunkt am Fraunhofer CSP. Im Idealfall sind die Beschichtungen hochtransparent, antireflektierend, langlebig, ungiftig, im industriellen Maßstab anwendbar, kostengünstig und natürlich selbstreinigend. In einzelnen Studien konnte damit der Soiling-Effekt um mehr als 80 Prozent verringert werden. Über einen längeren Zeitraum betrachtet erreichen die durchschnittlichen Werte aktuell zwischen 20 und 50 Prozent reduzierte Verschmutzungsraten.

Was würden Sie Planern und Betreibern von Solarmodulen raten?

Ilse: Mehr auf die Standortauswahl zu achten. Die spielt ebenso eine entscheidende Rolle. Die Auswirkungen von Verschmutzung sollten an jedem potenziellen Standort schon in der Anlagenplanungsphase berücksichtigt werden. Die Verschmutzungsraten können nämlich dramatisch variieren für Standorte, die nur fünf bis zehn Kilometer voneinander entfernt oder sogar innerhalb desselben Standorts liegen. Die Nähe zu Staubquellen wie beispielsweise Zementwerke, Land- und Viehzuchtbetriebe oder stark befahrene Straßen, wirkt sich unmittelbar auf die Soiling-Neigung aus. Auch die Wahl von Reihenabstand und -länge kann erhebliche Effekte haben, etwa auf Reinigungskosten. Die Kombination aus genauer Kenntnis über die meteorologischen Daten und die lokal spezifischen Soiling-Risiken ermöglicht die Entwicklung optimierter Reinigungsszenarien unter Berücksichtigung von Verschmutzungsart und Ablagerungsraten, Wasserverfügbarkeit, Standort und Systemkonfiguration. Natürlich ist die Überwachung ein wesentliches Instrument zur Minderung von Verschmutzungen. Es gibt zahlreiche Soiling-Sensor-Konzepte, bei denen regelmäßig manuell oder automatisch gereinigt wird. Auch visuelle terrestrische oder luftgestützte Inspektion durch Drohnen und Satelliten sind möglich. Anhand solcher Daten lässt sich auch in bestehenden Anlagen nachjustieren, um Soiling-Effekte zu minimieren.