Erneuerbare Energien   Eine Solarzelle auch für Regen

Strom aus Solarzellen bei Regen? Klingt paradox, ist aber möglich, wie chinesische Forscher herausgefunden haben. Eine besondere Beschichtung macht aus der Solar- eine Regenzelle.
Kein Wetter für Solarzellen? Doch, sagen chinesische Forscher. Quelle: dpa
Regenwetter

Kein Wetter für Solarzellen? Doch, sagen chinesische Forscher.

(Foto: dpa)

BerlinRegen ist der Feind von Solarstrom: Bei Niederschlag produzieren die Zellen keinen elektrischen Strom. Das wollen Wissenschaftler aus China ändern: Sie haben eine Solarzelle entwickelt, die aus Regentropfen Strom erzeugt.

Die Forscher aus Qingdao im Nordosten Chinas haben die Solarzellen mit Graphen beschichtet. Der einlagige Kohlenstoff ist ein sehr guter elektrischer Leiter, der in Wasser an seine Elektronen positiv geladene Ionen binden kann.

Die giftige Seite der Sonnenenergie
Gifte in Solarzellen
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Solarzellen können Schadstoffe wie Blei und Cadmium enthalten sein. Wie sehr die Photovoltaik so die Umwelt belastet, wird an der Universität Stuttgart erforscht. Das Projekt "Schadstofffreisetzung aus Photovoltaik-Modulen" soll helfen, die Sonnenenergie wirklich „grün“ zu machen, es wird vom Bundeswirtschaftsministerium mit mehr als 800.000 Euro gefördert.

Welche Schadstoffe stecken in Photovoltaikanlagen?
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In der Diskussionen um Schadstoffe in Solarmodulen geht es vor allem um Blei und Cadmium. Blei ist im Lötzinn enthalten. Cadmium ist als Cadmiumtellurid in bestimmten Dünnschichtsolarzellen verarbeitet. Beide Schwermetalle können in der Umwelt giftige Wirkung haben.

Gibt es für diese Stoffe Richtwerte?
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Die EU-Richtlinie zur Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten definiert Höchstkonzentrationen. Für Blei liegt der Wert bei 0,1 Prozent am Gesamtgewicht. Für Cadmium, das noch giftiger ist, bei 0,01 Prozent. Allerdings sind Photovoltaikanlagen von der Richtlinie ausgenommen. Trotz heftiger Kritik hatte das EU-Parlament 2010 einer Neufassung der Richtlinie mit großer Mehrheit zugestimmt.

Was wissen die Forscher schon über die Möglichkeiten eines Austritts?
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Die Stuttgarter Forscher haben in einer Studie gezeigt, dass die Schadstoffe durch saure Lösungen aus defekten Modulen freigesetzt werden können. Allerdings wurden die Solarzellen dafür solange zermahlen, bis sie einem Pulver glichen. Michael Koch vom ISWA betont, dabei habe es sich um ein „Worst-Case-Szenario“ gehandelt. „Von intakten Photovoltaikmodulen, die diese Stoffe verwenden, geht keine Gefahr aus“, betont auch eine Sprecherin des Bundeswirtschaftsministeriums.

Wie realistisch ist die Gefahr jenseits des „Worst-Case-Szenarios“?
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Koch betont, dass Löcher etwa durch Hagel wohl nicht ausreichten, um Schaden anzurichten. „Wir wollen nicht sagen, dass die Technologie gefährlich ist. Solange das Modul in Ordnung ist, ist alles gut“, sagt er. Unklar sind die Folgen von Feuer wie bei einem Hausbrand. Laut baden-württembergischem Umweltministerium ist eine Deponierung der Photovoltaikmodule grundsätzlich nicht zulässig. Sollten sie im Ausnahmefall - etwa nach einem Brand - doch auf einer Deponie landen, könnte das die Gefahr einer Auswaschung erhöhen. Allerdings seien die speziellen Deponien für Brandschutt besonders abgedichtet.

Warum interessiert die Forscher das Thema überhaupt?
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Weltweit sind nach Angaben der Uni mehr als 17 Millionen Tonnen an Modulen installiert. Die Nutzungsdauer werde heute auf 20 bis 25 Jahre geschätzt. Zwar gibt es Recyclingverfahren auch seitens der Hersteller. Die Wissenschaftler sehen aber die Gefahr, dass kaputte oder weniger ertragreiche Module unsachgemäß entsorgt werden könnten: etwa nach weiterer Verwendung in Entwicklungsländern. Dort könnten sie auf wilden Müllkippen landen, warnt IPV-Leiter Jürgen Werner.

Sind in allen Solarzellen Schadstoffe verbaut?
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Die meisten Hersteller verwenden noch Blei im Lötzinn. Für Deutschland bezifferte der Bundesverband Solarwirtschaft den Marktanteil aller Dünnschicht-Technologien - von denen aber nicht alle Cadmiumtellurid enthalten - auf rund 1 Prozent.

Im Regenwasser sind Salze wie Ammonium, Calcium oder Natrium gelöst. Trifft ein Wassertropfen auf die Graphenschicht, können sich die positiv geladenen Ionen an das Graphen binden. An einer solchen Stelle sammeln sich auf der Seite des Graphens Elektronen, in dem Wassertropfen dagegen die positiv geladenen Ionen.

Es entsteht eine Doppelschicht aus Elektronen und Ionen, die einen Pseudokondensator bildet. Die damit verbundene elektrische Potentialdifferenz reicht aus, um eine Spannung zu erzeugen und Strom fließen zu lassen.

Die Forscher um Qunwei Tang beschreiben ihre Entwicklung in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie. Trotz des Einsatzes auch bei schlechtem Wetter ist der Wirkungsgrad der Solarzelle allerdings noch stark verbesserungswürdig: Der beträgt nämlich nur etwa 6,5 Prozent – eine herkömmliche gute Solarzelle schafft um die 20 Prozent. 

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