Fotovoltaik, mit der die Kraft der Sonne in Strom umgewandelt wird, ist mittlerweile zusammen mit Wind die wichtigste Form der Stromerzeugung mit erneuerbaren Energien. Nach Angaben der Fachzeitschrift Nature Energy lag die Wachstumsrate der weltweit installierten Fotovoltaik-Anlagen zwischen 1998 und 2015 bei 38 Prozent. Von daher haben verbesserte Anlagen ein enormes Potenzial bei der Energiegewinnung. Für die netzgebundene Stromerzeugung sind sie meist auf Dächern oder auf Freiflächen installiert, wo sie der Umgebungshitze ausgesetzt sind.
„Wenn man die Effizienz von Fotovoltaik-Anlage um zwei Prozent erhöhen könnte, wäre das schon nobelpreiswürdig“, sagt Jendrik Hemmen von der Brede-Stiftung in Bremen. „Aber auch eine Effizienzsteigerung um ein Prozent wäre schon ein Riesenerfolg“, sagt er. Im Rahmen der Ausbildung zum Anlagenmechaniker im Bereich Sanitär, Heizung und Klima am Schulzentrum des Sekundarbereichs II Vegesack hat Jendrik Hemmen drei Schüler der zwölften Klasse auf eine Idee gebracht: Eine Fotovoltaik-Anlage zu kühlen, sodass sie in heißen Sommermonaten vor Überhitzung geschützt wird.
Denn bei großer Hitze sinkt die Effizienz eines jeden Moduls, weil es sich durch die Lufttemperatur der Umgebung sehr stark erwärmt. Die Temperatur jedoch hat einen entscheidenden Einfluss auf die Stromerzeugung der einzelnen Module.
Die Schüler Jannes-Elias Borowski, Klaas Frederik Warnken und Ahmed Al Shab vom Schulzentrum Vegesack machten sich unter der Leitung von Jendrik Hemmen und Gabriele Breuer daran und entwickelten ein neuartiges Verfahren zur Kühlung einer solchen Anlage. Mit starken Lichtstrahlern können sie die Paneele in einem Raum der Schule auf bis zu 50 Grad Celsius aufheizen und damit einen heißen Sommertag simulieren.
„Bisher werden in Fotovoltaik-Anlagen keine Kühlungen eingebaut, und im Sommer droht ihnen Überhitzung – ein Problem, das besonders angesichts des Klimawandels mit heißeren Sommern immer relevanter wird“, sagt Jendrik Hemmen. Anders als Fotovoltaik-Anlagen nutzen Solaranlagen die Sonnenenergie nicht zur Stromerzeugung, sondern um Wasser zu erwärmen – sie haben also keine Kühlung nötig. Das Kühlmittel von Solaranlagen nimmt dabei die von der Sonne kommende Wärme auf und führt sie ab, um eine Überhitzung der Paneele zu verhindern. Das abgekühlte Wasser wird dann erneut in die Solaranlage gepumpt – ein Verfahren, das bei den Fotovoltaik-Anlagen entfällt.
„Mehr Kühlung bringt mehr Spannung, also Strom. Wir leiteten dazu Luft zwischen die Paneele der Fotovoltaik-Anlage“, sagt Klaas Frederik Warnken. Denn in diesem flachen Bereich staut sich die Luft und erhitzt sich stark – den drei Schülern gelang es, die Luft um drei bis vier Prozent herunter zu kühlen.
Im Rahmen des Regionalwettbewerbs von „Jugend forscht“ wurde ihre Arbeit mit dem ersten Preis im Bereich Technik ausgezeichnet – für die drei Schüler ein starker Anreiz, an dem Thema weiter zu forschen. Die Brede-Stiftung, die junge Schüler und Studenten mit Stipendien und Förderprojekten fördert, unterstützt sie dabei.
