Kooperation China–Schweiz – Diese Solarpaneele produzieren auch unter Wasser Strom

Solarpaneele gibt es mittlerweile nicht mehr nur auf Hausdächern, sondern auch entlang von Strassen, auf alpinen Seen und zwischen Eisenbahngleisen. Jetzt könnte die Photovoltaik in eine weitere neue Umgebung vorstossen: unter Wasser im Meer.

Forschende der Yunnan University haben zusammen mit einem Team der ETH Lausanne Solarzellen entwickelt, die auch unter Wasser, in zehn Metern Tiefe, Strom erzeugen können. Federführend bei der ETH-Gruppe war Michael Grätzel, einer der weltweit bedeutendsten Forscher im Bereich der Fotovoltaik. Die Forschungsarbeit erschien kürzlich in der Fachzeitschrift «Joule».

Das ist das Besondere an den Unterwasser-Solarpaneelen

Solarenergie unter Wasser zu erzeugen ist alles andere als einfach. Je tiefer im Wasser, desto mehr absorbiert es die Sonnenstrahlung, und das Spektrum des Lichts wird verändert. Abhilfe schafft ein Material, welches das Verhalten eines kristallinen Minerals namens Perowskit nachahmt. Damit gelang es den Fachleuten, die Wellenlängen zu nutzen, die bis in diese Tiefen vordringen können.

Perowskit ist ursprünglich ein natürliches Mineral auf der Basis von Calciumtitanat. In der Photovoltaik bezeichnet der Begriff synthetische Materialien, die dessen Kristallstruktur nachahmen. Ihre Zusammensetzung kann verändert werden, um bestimmte Teile des Lichts zu absorbieren, was sie besonders vielseitig für Solarzellen macht.

Im Labor erreichten die Zellen unter einem Licht, das jenem in zehn Metern Tiefe entspricht, einen Wirkungsgrad von knapp 35 Prozent. Ein sehr hoher Wert, der jedoch nicht direkt mit der Effizienz normaler Solarpaneele unter Sonneneinstrahlung verglichen werden kann, da das Spektrum und die Intensität des verwendeten Lichts unterschiedlich sind.

Tests im Südchinesischen Meer

Die Forschung ging jedoch über Simulationen hinaus. Die Module wurden auch unter realen Bedingungen im Südchinesischen Meer getestet und zeigten, dass sie unter Wasser Strom erzeugen können. Ein grosses Modul, das zwei Stunden lang in zehn Metern Tiefe beleuchtet wurde, produzierte 324 Milliwattstunden – Energie, die zum Aufladen von Lithium-Ionen-Batterien und zum Betrieb von LEDs verwendet wurde.

Besonders vielversprechend ist auch die Haltbarkeit. In beschleunigten Tests zeigten die Zellen eine sehr geringe Entwertung, und die Forscher schätzen einen T80-Wert – die Zeit, in der die Leistung auf 80 Prozent des Ausgangswerts sinkt – von etwa 48'000 Stunden, was 5,5 Jahren unter den simulierten Bedingungen in zehn Metern Tiefe entspricht.

Die Technologie könnte dazu dienen, Sensoren, Kameras, Unterwasserroboter, Kommunikationssysteme und Anlagen zur Überwachung von Aquakulturen energieautark zu machen. Geräte, bei denen heute oft regelmässig die Batterien ersetzt oder die mit langen Kabeln betrieben werden müssen, die mit der Oberfläche verbunden sind.