PV-Reinigung durch Schall oder Beschichtung
PV-Reinigung Verschmutzte, vereiste oder mit Schnee bedeckte Module reduzieren die Effizienz und den Ertrag von Photovoltaik-Anlagen. Neue Konzepte wie funktionale Beschichtungen oder die Reinigung mit Hilfe von Körperschall sind sowohl wartungsarm als auch nachhaltig – und eignen sich perfekt für bestimmte Regionen.
An stark befahrenen Strassen, in Industriegebieten oder rund um landwirtschaftliche Anlagen weisen PV-Module oft Verschmutzungen oder Ablagerungen auf. Neben Abgasemissionen oder freigesetzten Reifenpartikeln stammen diese auch aus der Umwelt: Schnee, Staub, Pollen, Laub oder Vogelkot sind genauso Faktoren, die den Ertrag von Solaranlagen verringern. Allgemein führen beeinträchtigte PV-Module zu einem Ertragsverlust von bis zu 20 Prozent, was besonders in sonnenarmen Monaten ein Problem ist.
Bei vielen PV-Anlagen wird heute bei der Konzeption auf die Selbstreinigung geachtet. Regen und Schnee waschen in der Regel einen Grossteil der Verschmutzungen ab – vor allem, wenn die Module mit einem ausreichenden Neigungswinkel installiert sind. Das Abwaschen von unerwünschten Ablagerungen kann durch eine feine Noppenstruktur auf der Moduloberfläche unterstützt werden. Wasserabweisende Beschichtungen oder Mikrostrukturen lassen dadurch die Schmutzpartikel von herunterlaufendem Regenwasser «mitnehmen». Doch solche Lösungen sind noch kaum verbreitet.
Probleme: Reinigungsmittel, Kosten und Wasserverbrauch
Trotz der Fähigkeit zur Selbstreinigung kann eine professionelle Reinigung sinnvoll sein, um die Effizienz einer Anlage zu erhalten und deren Lebensdauer zu verlängern. Bei Anlagen, die leicht zugänglich sind, kann sich die Eigenreinigung als kostengünstige Alternative eignen. Wichtig ist dabei die Beachtung der Betriebsanleitung der Anlage, um Schäden durch unsachgemässe Reinigung zu vermeiden.
Die Probleme herkömmlicher Reinigungsverfahren sind jedoch vielfältig. Manuelles Reinigen ist mühsam, und mit dem Hochdruckreiniger ist Vorsicht geboten, da die Module beschädigt werden können. Auch chemische Reinigungsmittel können die Module beschädigen, und der Umwelt zuliebe sollten sowieso nur umweltverträgliche Reinigungsmittel eingesetzt werden. Als schonende Alternative gilt die Dampfreinigung, doch diese eignet sich nicht für alle Verschmutzungsarten und erfordert eine sorgfältige Handhabung. Der Betrieb automatisierter Reinigungssysteme, zum Beispiel mit Roboter, Bürstensystem und Sensoren, lohnt sich aus wirtschaftlicher Sicht hingegen nur bei grösseren Anlagen. Sowieso möchten Anwender oft eine Lösung, die nicht viel oder sogar kein (Trink-)Wasser verbraucht.
Zwei ganz neue technologische Ansätze könnten hier schon bald Abhilfe schaffen: schmutzabweisende Nanobeschichtungen und akustische Reinigungsverfahren.
Nanostrukturierte Schicht: plus 6,5 Prozent Energie
Die Industrieforschungseinrichtung Innovent e.V. in Jena, Deutschland, hat eine Lösung entwickelt, die auf der Abscheidung nanostrukturierter Siliciumoxid-Schichten basiert. Diese Schichten werden unter Normalbedingungen, also unter Atmosphärendruck, durch ein 2-stufiges Verfahren erzeugt. Das Verfahren beginnt mit der klassischen Reinigung der Moduloberflächen mit einem mobilen Gerät, das – genial! – bereits über eine integrierte Technologie für die zweite Verfahrensstufe verfügt. Dort wird mittels Flammenbeschichtung eine 1 bis 100 Nanometer dicke Siliciumoxid-Schicht an den Oberflächen abgeschieden. Für besonders empfindliche Kunststoffoberflächen empfiehlt sich alternativ der Einsatz einer Atmosphärendruck-Plasmaquelle anstelle des Gasbrenners.
In beiden Fällen wird durch die chemische Umsetzung einfach zu handhabender Stoffe eine funktionale Nanoschicht aus Siliciumoxid erzeugt, mit der zwei Effekte erzielt werden:
Einerseits eine verminderte Streulichtreflexion, welche die Energieeffizienz durch die bessere Ausnutzung des einfallenden Sonnenlichts erhöht, und zwar dauerhaft. Je nach Art und Material der PV-Module werden dadurch bis zu 3 Prozent mehr Energie eingekoppelt.
Andererseits wird eine Reduzierung der Anhaftung von Staubpartikeln und Schmutzfilmen erreicht, sodass diese durch Niederschlag auf geneigten PV-Modulen leichter abgespült werden. Dieser Effekt bewirkt auch eine verzögerte Bildung von Eis beziehungsweise ein schnelleres Abtauen. Bei Versuchen glitten Schneeablagerungen auf schräg stehenden Modulen schneller ab als auf unbehandelten Vergleichsmodulen.
Beide Effekte zusammen erhöhen die Energieausbeute über einen längeren Zeitraum gegenüber unbehandelten Anlagen bedeutend. In einem Aussenbewitterungstest auf den Kanarischen Inseln wurden gemäss den Innovent-Forschern über einen Zeitraum von 6 Monaten im Winter mehr als 6,5 Prozent zusätzliche Energie aus behandelten Modulen im Vergleich zu unbehandelten gewonnen.
Auch andere Institute forschen an fein strukturierten Glasoberflächen und funktionalen Nanobeschichtungen, um die Haftung von Schmutz und Wasser auf PV-Modulen systematisch zu reduzieren und dadurch die Reinigung weitestgehend zu erübrigen.
Reinigung durch Körperschall
Ein völlig anderer Ansatz wurde am Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie in Ilmenau, Deutschland, entwickelt und im Mai 2025 an der Messe Intersolar in München präsentiert. Die Wissenschafter wollten wissen, wie sich grossflächige und schwer zugängliche PV-Anlagen effektiv von Staub und Sand befreien lassen, ohne dabei viel Wasser einzusetzen oder empfindliche Moduloberflächen zu beschädigen. Die Antwort auf diese Frage soll das Forschungsprojekt «AkSoRe» (Akustische Reinigung von Photovoltaikmodulen) liefern.
Herzstück dieses Projekts ist ein neuartiges Verfahren zur Reinigung von PV-Modulen durch gezielte mechanische Schwingungen. Die Technologie nutzt Körperschall, um Verunreinigungen wie Staub und Sand berührungslos von den Moduloberflächen zu lösen – ohne Wasser, ohne mechanischen Abrieb und nahezu wartungsfrei. Ein grosser Vorteil insbesondere für Wüstenregionen mit hoher Staubbelastung und Wasserknappheit, wo mit vielen neuen Solarparks ein grosser Bedarf an nachhaltigen und wartungsarmen Lösungen besteht.
Im Rahmen des Projekts wurde ein Simulationsmodell entwickelt, mit dem das Schwingungsverhalten von PV-Modulen untersucht wird. Ziel dessen ist es, für die Schwingungsanregung der Module die optimale Positionierung und Ansteuerung der Körperschall-Anreger zu ermitteln. Das Fraunhofer-Institut entwickelt hierzu Algorithmen, die eine effiziente Reinigung unter realen Bedingungen ermöglichen. Das Projekt «AkSoRe» wird unter anderem von der Silberform AG in Weil der Stadt, Deutschland, unterstützt, welche über Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Körperschall-Anregern für den akustischen- und industriellen Einsatz verfügt und als Dienstleisterin für nachhaltige Gebäudetechnologie agiert.