Auf Titandrähten basierende Anti-Soiling-Beschichtung zur Verbesserung der Solarmodulausbeute
Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Chiang Mai University in Thailand hat gefunkte Titanfilme verwendet, um eine antireflektierende, superhydrophile und photokatalytische Beschichtung für kommerzielle Solarmodule zu entwickeln.
Die Beschichtung hat photokatalytische Eigenschaften, die die auf der Oberfläche des Solarmoduls adsorbierten organischen Verbindungen zersetzen und so für ein leichtes Abwaschen durch Regenwasser vorbereiten. Die Filme wurden durch das Funkenverfahren hergestellt und führten aufgrund der unregelmäßigen Stapelung von primären Nanopartikeln zu einer flauschigen Morphologie, die der Schlüsselfaktor für die superhydrophilen Eigenschaften der Beschichtung ist
Die Forscher verwendeten Titandrähte mit einer Größe von 0,25 mm und einer Reinheit von 99,5 %, die vom britischen Anbieter von hochreinen Metallen Advent Research Materials Ltd.
„Um Funkenspitzen zu bilden, wurden die Drähte geschnitten und mit einem Abstand von 1 mm zwischen Anode und Kathode ausgerichtet“, erklärten sie. „Die Titandrähte wurden mit einer hohen Gleichspannung von etwa 3 kV gezündet, die von einem 24-nF-Kondensator entladen wurde.“
Das Design des Sparking-Systems ermöglicht ihnen zufolge die schnelle Abscheidung von Nanopartikelfilmen auf großflächigen stationären Substraten wie denen von Photovoltaikmodulen. „Während des Funkens wandern Elektronen und Ionen, die von den neutralen Luftmolekülen erzeugt werden, zur Anode bzw. Kathode“, erklärten sie weiter. „Durch den Beschuss mit hochenergetischen Elektronen und Ionen schmelzen die Metallspitzen. Daher bilden die Nanotröpfchen Keime, die sich zum Substrat bewegen und in atmosphärischer Luft oxidieren.“
Schematic diagram of the coating mechanism of nanoparticulate films prepared by the sparking process.
Image: Chiang Mai University, scientific reports, Creative Commons License CC BY 4.0, https://bit.ly/3HgkG09
Die Wissenschaftler maßen die Oberflächenmorphologie und Filmdicke durch Rasterelektronenmikroskopie, die Wasserkontaktwinkel (WKA) durch ein speziell angefertigtes Tensiometer und seine optische Durchlässigkeit durch ein UV-Vis-Spektrophotometer. „Aufgrund der Begrenzung der PV-Deckglasdicke und -transparenz wurden die Experimente sowohl auf dem Deck- als auch auf dem Objektträgerglassubstrat durchgeführt“, präzisierten sie.
Die Beschichtung wurde an vier nach Süden ausgerichteten Solarmodulen mit einem Neigungswinkel von 19° getestet. Die Module haben eine Leistung von 5 W und wurden von Sun Solar Ecotech bereitgestellt. Ihre Leistung wurde mit der von weiteren vier Panels des gleichen Typs des gleichen Herstellers verglichen. Die Oberflächentopographie der unbeschichteten und beschichteten Gläser wurde mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) untersucht. Zur Bestimmung der Hydrophilie wurden die statischen Kontaktwinkel eines Wassertropfens auf dem unbeschichteten und beschichteten PV-Deckglas ausgewertet
Die während des Freilandversuchs erhobenen Daten zeigten, dass die beschichteten Solarmodule im gesamten Untersuchungszeitraum, der sich von Dezember 2018 bis März 2019 erstreckt, einen höheren Stromertrag von 6,62 % erzielten (ΔP) hat sich aufgrund der Verringerung der Staubansammlung auf der Plattenoberfläche deutlich erhöht“, schloss der Wissenschaftler. „ΔP erreichte im Streulicht (bewölkter Tag) mit 14,22 % den höchsten Wert, was auf die Antireflexeigenschaften der Beschichtung zurückzuführen ist.“
Alle Details zur Beschichtungstechnologie finden Sie in der in wissenschaftlichen Berichten veröffentlichten Studie "Antireflexive, photokatalytische und superhydrophile Beschichtung, die durch einen einfachen Funkenprozess für Photovoltaikmodule hergestellt wird".
Geschichte Quelle:
Original written by Emiliano Bellino for PV Magazine. Emiliano has been reporting on solar and renewable energy since 2009 and is responsible for the daily news coverage on pv-magazine.com with a particular focus on European market. Emiliano also covers new technology, R&D, installations and company financial reporting.