Nach Angaben der Forschenden könnten Solarzellen auf Perowskit-Basis rund fünfeinhalb Jahre unter Wasser betrieben werden.
In zehn Metern Tiefe im Südchinesischen Meer haben Forschende einen unerwarteten Ort entdeckt, an dem sich Sonnenenergie gewinnen lässt.
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Vergangene Woche meldeten sie, dass sie Solarmodule in Wassertiefen erfolgreich getestet haben, die bisher als ungeeignet für diese Technik galten.
Die Module sind so ausgelegt, dass sie diejenigen Wellenlängen des Sonnenlichts einfangen, die Meerwasser durchdringen. Nach Einschätzung der Forschenden könnten sie Unterwassergeräte deutlich länger betreiben und sie so weniger abhängig von Batterien machen.
Bei einem rund zweistündigen Versuch nahe den Weizhou-Inseln vor der Südküste des chinesischen Festlands erzeugten die Module in einer Tiefe von zehn Metern Strom aus Sonnenlicht. Labortests deuten zudem darauf hin, dass sie auch über Jahre hinweg dauerhaft laufen könnten.
Die Ergebnisse, veröffentlicht im Fachjournal „Joule“, gehen deutlich über frühere Studien hinaus, die sich meist auf Tiefen von höchstens zwei Metern beschränkten.
Solarstrom in zehn Metern Tiefe: so arbeiten Unterwasser-Module
Eines der größten Hindernisse für Solarstrom unter Wasser: Das Sonnenlicht nimmt unter der Oberfläche sehr schnell ab.
In zehn Metern Tiefe hat das Wasser einen Großteil der Sonnenenergie bereits absorbiert oder gestreut. Einige Lichtanteile dringen jedoch tiefer vor als andere.
Nach Angaben der Forschenden gelangt jedoch noch genug blaues und grünes Licht in diese Tiefe, um damit Strom zu erzeugen. Das Team entwickelte deshalb Solarzellen, die diese Wellenlängen besonders effizient nutzen.
Sie nutzten sogenannte Perowskite, eine Alternative zu dem Silizium, das in den meisten Solarmodulen steckt. Dieses Material lässt sich so anpassen, dass es unterschiedliche Lichtwellenlängen absorbiert.
In Laborexperimenten, die Bedingungen in zehn Metern Wassertiefe nachstellten, wandelten die Zellen rund 35 Prozent des einfallenden Lichts in Strom um.
Anschließend testeten die Forschenden größere Module im Südchinesischen Meer. In zwei Metern Tiefe lieferten ihre 115 Quadratzentimeter großen Paneele innerhalb von zwei Stunden 1.416 Milliwattstunden – etwa die Hälfte der Kapazität eines wiederaufladbaren AA-Akkus.
In zehn Metern Tiefe kamen sie in zwei Stunden auf 324 Milliwattstunden – wenig Strom, aber deutlich mehr, als das Team erwartet hatte.
Die Module zeigten zudem nach 1.160 Stunden unter simulierten Unterwasserbedingungen kaum Leistungsabfall. Auf Basis dieser Tests schätzen die Forschenden, dass sie in zehn Metern Tiefe rund fünfeinhalb Jahre lang ununterbrochen arbeiten könnten.
„Diese Arbeit zeigt erstmals, dass untergetauchte Solarzellen in Wassertiefen von bis zu etwa zehn Metern praktisch funktionieren und eröffnet ihnen damit völlig neue Einsatzmöglichkeiten“, sagt Studienautor Wen-Hua Zhang von der Yunnan-Universität und der Southwest United Graduate School in Kunming.
Solarenergie fernab des Netzes: neue Einsatzorte
Lange lag Solarstrom vor allem auf Hausdächern oder großen Freiflächen. Inzwischen taucht die Technik zunehmend an Orten auf, an denen Strom und Treibstoff schwer zu bekommen sind.
Anfang dieses Jahres stellten niederländische Forschende in ländlichen Regionen Kenias den weltweit ersten solarbetriebenen Krankenwagenvor. Er soll medizinisches Personal und Geräte in entlegene Gemeinden bringen, die keinen verlässlichen Zugang zu Strom oder Treibstoff haben.
Auf Norwegens Inselgruppe Spitzbergen hilft Solarenergie inzwischen, eine abgelegene ehemalige Radiostation zu versorgen. Der Ort ist nur per Boot oder Helikopter erreichbar und war bislang auf Dieselgeneratoren angewiesen.
Andere Projekte nutzen bestehende Infrastruktur. In der Schweiz erzeugen Solarmodule, die zwischen Bahngleisen montiert sind, Strom, ohne zusätzliches Land zu beanspruchen. Die Paneele lassen sich für Wartungsarbeiten wieder entfernen, sodass Bahntrassen zugleich als Solarfelder dienen können, ohne den Zugverkehr zu beeinträchtigen.
Unterwasser-Solarstrom könnte ein anderes Problem lösen.
Sensoren, Kameras und Kommunikationsgeräte im Meer arbeiten oft weit entfernt von jeder Stromquelle. Sind ihre Batterien leer, müssen sie jedoch mühsam geborgen und ausgetauscht werden.
Die Forschenden sind überzeugt, dass ihre Technik solchen Systemen eine dauerhafte Energiequelle liefern könnte.
Zunächst müssen sie aber klären, wie gut ihre Module in noch größeren Tiefen funktionieren. Als nächsten Schritt planen sie Versuche in tieferem Wasser, um herauszufinden, wie weit sich Solarstrom unter der Meeresoberfläche nutzen lässt.