Je mehr Sonnenlicht auf die PV-Module fällt, desto mehr Strom lässt sich am Tag gewinnen. Immer mehr Menschen interessieren sich für die Möglichkeit der eigenen Stromgewinnung, ganz gleich, ob man letztlich zur Dach-Anlage oder dem Balkonkraftwerk greift. Allen bleibt jedoch ein Makel gemeinsam: Bei geringerem Sonnenlicht sinkt auch die Strommenge deutlich ab. Nachts steht schließlich kein Strom durch die eigene Anlage mehr zur Verfügung. Mithilfe der TENG-Solarzellen könnten diese Augenblicke der Stromflaute künftig trotzdem einen Ertrag liefern. Denn die smarte Technologie ermöglicht eine Stromproduktion auch bei Regenfall.
TENG-Solarzellen gewinnen Energie aus Regen
Weltweit haben sich Forscher der Suche nach Möglichkeiten gewidmet, wie sich mit unterschiedlichen Ansätzen Strom erzeugen lässt. Eine dieser Technologien könnte die Lösung für Ertragsflauten an regnerischen Tagen darstellen, indem sie Solarzellen den Regen selbst zur Stromerzeugung nutzen lässt. Laut des Fraunhofer-Instituts für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen (INT) könnte diese Erneuerung schon bald die Serienreife erreichen. Die besonderen Solarzellen bezeichnet man als TENG-Solarzellen. Der Beiname TENG verdanken sie triboelektrischen Nanogeneratoren. Diese winzigen Bauelemente könnten auf PV-Module integriert werden, ohne dass sie dabei eine Beeinträchtigung der Stromproduktion herbeiführen. Möglich wird das dank durchsichtiger TENG-Schichten, die das Sonnenlicht ohne Behinderung direkt auf die Solarzelle treffen lassen.
Regnet es nun jedoch, so trifft der Regen nicht direkt auf die Solarzellen, sondern auf die TENG-Schicht. Dadurch können die Nanogeneratoren ihre Wirkung ungehindert entfalten. Durch die Reibung zwischen zwei Materialien können die Minigeneratoren Strom erzeugen. Das Grundprinzip dahinter beruht auf einem Ladungsaustausch zwischen zwei Stoffen. Einem Phänomen, das viele von uns bereits im Alltag erlebt haben. Im Kontakt miteinander laden sich beide Stoffe auf – und so kommt es beispielsweise zu einem überraschenden Stromschlag, wenn wir die metallische Klinke einer Tür anfassen. Sobald ein Regentropfen die TENG-Schicht berührt und an den Solarmodul herabläuft, nimmt er positive Ladung auf, während die Module die negative Ladung zur Stromerzeugung nutzen.
Winzige Generatoren, hohe Stromausbeute
Die Menge an Strom, die sie dabei erzeugen können, ist überraschend hoch. Zwar hängt der genaue Ertrag der TENG-Schicht von der Stärke des Regens ab, da unterschiedlich viele Wassertropfen auf die Solarmodule treffen. Trotzdem gelingt es der Technologie bereits heute, einen Ertrag von 50 bis 100 Watt pro Quadratmeter zu erzielen. Das entspricht ungefähr 20 bis 30 Prozent der Ertragsmenge, die das Solarmodul unter Optimal-Bedingungen erreichen würde. Vor allem jedoch liegt die mögliche Stromausbeute damit rund 200- bis 300-mal höher als sie jetzt an besonders regnerischen Tagen ausfallen würde. Selbst wenn die TENG-Solarzellen bisher nicht identische Erträge erzielen, könnte ihre Integration in Solarmodule eine entscheidende Schwäche ausgleichen. Vor allem in regnerischen Jahreszeiten dürfte sich die gesamte Stromausbeute hierbei deutlich erhöhen. Das Ende des möglichen Ertrags bei TENG-Solarzellen ist auch keineswegs erreicht. Resultate der Georgia Tech sprechen bereits von Erträgen bis zu 313 Watt pro Quadratmeter.
Für Haushalte, die möglichst viel Strom zu allen Jahreszeiten erzeugen möchten, wäre die Integration TENG-Schichten in Solarmodule ein Gewinn. Theoretisch könnte die Anlage bei Regen sogar dann noch Strom gewinnen, wenn die Sonne für den Tag bereits untergegangen ist. Auch regnerische Nächte könnten somit für eine Deckung des Grundbedarfs von Haushalten mit wenigen Modulen sorgen. Denn diese Grundlast liegt in den meisten Haushalten in Deutschland lediglich zwischen 200 und 300 Watt. Sie entfallen hauptsächlich auf Geräte wie Kühlschränke und Gefriertruhen, die dauerhaft eine Stromzufuhr benötigen. Trotz der Marktreife der TENG in Reichweite dürfte es nach einige Zeit dauern, bis sie massentauglich in PV-Anlagen integriert werden können. Insbesondere die ideale Abstimmung von Solarzellen und TENG-Schichten aufeinander dürfte weitere Prototypen benötigen. Das Fraunhofer-Institut vermutet, dass wir die ersten triboelektrischen Nanogeneratoren in Schuhen und Kleidung finden werden, bevor sie Einzug in PV-Module halten.
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