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    Nachhaltige Energieerzeugung

    Effiziente Solarmodule liefern Strom und Wasser in der Wüste

    Ein Forscherteam aus Saudi-Arabien hat ein innovatives Solarmodul für die Stromerzeugung entwickelt, das gleichzeitig Kondenswasser gewinnt. Somit wird nicht nur nachhaltiger Solarstrom dezentral erzeugt, sondern auch Süßwasser für Menschen, Tiere und Pflanzen. Eine spezielle Konstruktion aus Photovoltaikanlage, Metallbehälter und integriertem Hydrogel liefert die Lösung.

    Fast überall auf der Welt tüfteln Wissenschaftler an Konzepten zur Gewinnung von nachhaltigem Strom und der Aufbereitung von Wasser in abgelegenen Regionen. Besonders für Wüstenbewohner ist eine dezentrale Energiegewinnung überlebensnotwendig, da sie meist an kein öffentliches Versorgungsnetz angebunden sind. Hinzu kommt, dass die Ressource Wasser knapp ist. Einem Forscherteam der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien ist es nun gelungen, mit effizienten Solarmodulen ein Modell zu entwickeln, das nicht nur regenerativen Strom autark in der Wüste produziert, sondern auch der Wassergewinnung dient.

    Wie kann man in der Wüste Strom und Wasser gewinnen?

    Das Forscherteam hatte eine kluge Idee: Die Wissenschaftler entwickelten ein spezielles und kostengünstiges Hydrogel, das bei nächtlichen, kühlen Temperaturen Wasser aus der Luft aufnimmt und bei höheren Temperaturen am Tag wieder abgibt. Dazu bauten sie ein Konstrukt aus Solarmodul und Metallkasten für die Kondenswassergewinnung, dazwischen platzierten sie das Hydrogel. Überprüft wurde das Modell in verschiedenen Testphasen in der Wüste von Saudi-Arabien.

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    Multitalent: Das WEC2P („Water-Electricity-Crop Co-Production System“) erzeugt Strom mit einem Solarmodul, generiert Trinkwasser und kultiviert zudem Nutzpflanzen wie den im asiatischen Raum beliebten Wasserspinat.

    Ist eine Strom- und Wassergewinnung gemeinsam möglich?

    Die Strom- und Wassererzeugung geschieht in zwei Schritten, die sich gegenseitig unterstützen und eine Synergie bilden. In der Nacht nimmt das Hydrogel die Feuchte aus der Luft auf und bindet diese. Am Tag, wenn die Temperaturen steigen, verdunstet das Wasser, wodurch zwei positive Effekte entstehen: Die Verdunstungskälte kühlt einerseits die Solarpaneele, die sich auf bis zu 90 Grad Celsius in der Wüste erhitzen können und dann weniger Strom produzieren.

    9,9
    Prozent
    höher ist die Effizienz der Stromproduktion durch die innovative Kühlung der Solarmodule.

    Durch die Kühlung konnten die Forscher die Temperatur der Solarmodule um etwa 17 Grad Celsius reduzieren und somit eine um bis zu 9,9 Prozent höhere Effizienz der Stromproduktion erreichen. Andererseits kondensiert der Wasserdampf in der dafür vorgesehenen Metallbox zu Wassertropfen, die in einen Auffangbehälter perlen. Das so gewonnene Süßwasser kann beispielsweise für die Versorgung von Menschen oder für die Aufzucht von Tieren genutzt werden.

    Ist die Erfindung des Solarmoduls mit gleichzeitiger Wassergewinnung bereits im Einsatz?

    Zurzeit befindet sich das ausgeklügelte System mit dem Namen „Water-Electricity-Crop Co-Production System“ (WEC2P) noch im Test, in dem es sich aber schon bewährt hat. In einer ersten Testphase hat das Forscherteam mit einem Photovoltaikmodul von 30 mal 60 Zentimetern pro Tag etwa 600 Milliliter Wasser gewinnen können. In einem erweiterten Test im Sommer 2021 integrierten die Wissenschaftler ein kleines Treibhaus mit 60 Wasserspinatpflanzen in ihr Modell und verwendeten drei Photovoltaikmodule derselben Größe wie beim ersten Versuch. Auch dieser Test verlief erfolgreich: Neben der automatischen Bewässerung der Pflanzen und der Kühlung der Module konnten innerhalb von 30 Tagen etwa 3,4 Liter Wasser gewonnen werden.

    Damit die Wasserausbeute künftig deutlich ergiebiger wird und die Erfindung alltagstauglich in der Wüste oder auf Inseln eingesetzt werden kann, entwickelt das Team derzeit das Hydrogel weiter. Dieses soll künftig noch mehr Wasser binden können.

    1. Juni 2022
    Erneuerbare Energien
    Solar
    Ökostrom

    Text: Anne Ruhrmann. Fotos: Getty Images, Renyuan Li at KAUST.

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