Solarmodule erzeugen Strom durch Sonnenlicht. Innerhalb der letzten Jahre steigerte sich die Effizienz der Solarzellen stetig. Jetzt gehen Forscher einen anderen Weg, um die Stromerzeugung von PV-Anlagen weiter zu optimieren. Anstatt die Kraft der Sonne noch besser auszuschöpfen, sollen diese PV-Module Regen als Stromlieferant nutzen – und infolgedessen unter anderen Wetterbedingungen Strom gewinnen.
Stromgewinnung durch Regenenergie
Überall auf der Welt forschen Wissenschaftler an kleinen Generatoren, die aus Bewegung selbst Strom erzeugen. Mithilfe dieser Forschung könnten PV-Module künftig Regen als Stromlieferant nutzen. Die neuen Ertragsmöglichkeiten wären eine ideale Ergänzung für Wetterlagen, in denen die PV-Anlagen sonst wenig Strom erzeugen. Nach Angaben des Fraunhofer-Instituts für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen (INT) könnte diese Erneuerung bald verfügbar sein. Die sogenannten TENGs, die Stromgewinnung durch Regenenergie ermöglichen, stehen bereits kurz vor der Marktreife.
Bei TENG handelt es sich um triboelektrische Nanogeneratoren. Diese winzigen Bauelemente lassen sich in PV-Module integrieren, ohne dabei zu einer Beeinträchtigung der bisherigen Solarzellen zu führen. Die Schichten für die TENG-Zellen sind komplett transparent, sodass das Sonnenlicht ungehindert weiterhin auf die Solarzellen treffen kann. Regnet es nun hingegen, stößt der Regen nicht auf die Solarzellen, sondern die TENG-Schicht, wodurch die Nanogeneratoren ihre Wirkung entfalten können. Die Minigeneratoren gewinnen den Strom dabei aus der Reibung zweier Materialien. Das Grundprinzip funktioniert über einen Ladungsaustausch zweier Stoffen, die über eine geringe Leitfähigkeit verfügen. Das hat sicherlich jeder bereits am eigenen Leib erfahren: Im Kontakt miteinander laden sich die beiden Stoffe auf. Löst man sie voneinander, erzeugt das eine Spannung. Sobald ein Regentropfen die TENG-Schicht trifft, nimmt er die positive Ladung auf, während die Module die negative Ladung für Ihre Stromerzeugung nutzen können.
Kleine Generatoren, überraschender Ertrag
Das Potenzial ist dabei höher als man vermuten mag. Natürlich hängt der Ertrag der TENG-Schicht von der Stärke des Regens und der Menge der Tropfen ab, die die Schicht treffen. Dennoch könnten Sie eine Stromerzeugung von 50 bis 100 Watt pro Quadratmeter erzielen. Das entspricht ungefähr einer Leistung von 20 bis 30 Prozent der Solarzellen unter Optimal-Bedingungen. Selbst bei schlechten Lichtbedingungen könnten PV-Anlagen künftig wesentlich mehr Strom erzeugen. Einige TENG-Forschungen, wie Resultate der Georgia Tech, sollen sogar Werte von bis zu 313 Watt pro Quadratmeter ermöglichen. Besonders relevant wäre die Verbesserung für Haushalte, die möglichst autark vom öffentlichen Stromnetz leben möchten. Durch die Nutzung des Regens wird wesentlich weniger Strom vom Anbieter benötigt. Bei großen Dachanlagen mit einer ausreichenden Fläche könnte die Stromproduktion einen höheren Anteil des Eigenbedarfs decken.
Allerdings wird es trotz baldiger Marktreife der TENGs noch dauern, bis sie massentauglich in PV-Anlagen integriert werden können. Chinesische Wissenschaftlicher konnten die Technologie bereits erfolgreich kombinieren. Der Ertrag fiel dabei jedoch geringer aus als erhofft. Die Abstimmung von Solarzellen und TENGs dürfte daher einige Zeit in Anspruch nehmen, bis beide Technologien den größten Nutzen in PV-Modulen entfalten können. Zunächst wird die TENG vermutlich in kleineren Gegenständen zur Anwendung kommen. Das Fraunhofer-Institut vermutet, dass die Nanogeneratoren den Weg in Schuhe und Kleidung finden dürften. Künftig würde dann jeder Schritt, den du tätigst, eine geringe Menge an Strom erzeugen. Doch auch wenn noch einige Zeit vergeht, bis die TENG PV-Module ergänzen, ist die Prognose vielversprechend. Sie könnten einen wichtigen Beitrag dazu leisten, die derzeitigen Schwächen von Solarzellen und erneuerbaren Energien auszugleichen.
