Der Einfluss von Staub auf PV-Systeme in trockenen Küstenumgebungen
Nov 03, 2025
Ein Forschungsteam unter der Leitung der Imam Abdulrahman Bin Faisal University in Saudi-Arabien hat eine experimentelle Studie darüber durchgeführt, wie sich unterschiedliche Staubzusammensetzungen auf die Photovoltaikleistung auswirken. Die Studie untersuchte vier Staubtypen-Montmorillonit, Kaolinit, Bentonit und natürlichen Staub-auf Solarmodulen, die in trockenen Küstenumgebungen betrieben werden.
„Die Ergebnisse dieser Studie haben praktische Auswirkungen auf die Optimierung der PV-Wartung in trockenen Küstenregionen“, erklärte die Gruppe. „Durch die Verknüpfung der Staubzusammensetzung mit Abbaumechanismen können Interessenvertreter Reinigungspläne priorisieren oder Beschichtungen auswählen, die auf dominierende Mineralien zugeschnitten sind. Beispielsweise können hydrophobe Beschichtungen die feuchtigkeitsbedingte Adhäsion in kalziumreichen Umgebungen abschwächen, während eisenreiche Regionen von temperaturbeständigen Materialien profitieren könnten.“
Die Experimente wurden in Jubail durchgeführt, einer Stadt an der Küste des Persischen Golfs in Saudi-Arabien, die nach dem Köppen-Klimasystem als BWh (heiße Wüste) klassifiziert ist. Für Leistungstests im Freien wurde zwischen dem 9. und 29. September 2025 ein polykristallines 20-W-PV-Modul verwendet. Bei maximaler Leistung lieferte das Modul einen Strom von 1,14 A und eine Spannung von 17,6 V, mit einer Leerlaufspannung von 21,1 V und einem Kurzschlussstrom von 1,29 A.
Die Montmorillonit-, Kaolinit- und Bentonit-Tone wurden als kommerzielle Mineralpulver bezogen und auf weniger als 45 μm gesiebt. Natürliche Staubproben wurden manuell von Glasoberflächen gesammelt, die in Jubail Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren. Die Staubabscheidung erfolgte in sieben Stufen, beginnend mit einer Oberflächendichte von etwa 1,0 g/m² und schrittweise ansteigend auf etwa 7,0 g/m². Nach jeder Abscheidungsstufe wurden Messungen durchgeführt.
„Mineralogische Analysen mittels SEM-EDX ergaben unterschiedliche Zusammensetzungsprofile, die direkt mit Leistungsverschlechterungsmustern korrelieren“, sagten die Wissenschaftler. „Natürlicher Staub, der sich durch einen hohen Gehalt an Kieselsäure (25,37 %) und Kalziumoxid (30,52 %) auszeichnet, erwies sich als die schädlichste Verunreinigung und führte durch kombinierte Lichtstreuung und hygroskopische Zementierung zu einem Leistungsverlust von 48 % bei einer Ablagerungsdichte von 6 g/m2.“
Es wurde festgestellt, dass kalziumreicher Staub unter Küstenbedingungen besonders problematisch ist, wo eine hohe Luftfeuchtigkeit (40–65 % relative Luftfeuchtigkeit) lose Partikel in anhaftende Schichten umwandelt, die natürlichen Reinigungsmechanismen widerstehen. Im Gegensatz dazu trug der erhöhte Eisengehalt von Montmorillonit (62,67 %) zum thermischen Abbau bei, wodurch die Oberflächentemperatur des Panels auf 40,4 °C anstieg und die Leerlaufspannung abnahm.
„Feuchtigkeit erwies sich als kritischer Verstärkungsfaktor und nicht als unabhängiger Stressfaktor, der die Effizienz um 15–30 % verringerte, wenn die relative Luftfeuchtigkeit 60 % überstieg. Dieser Schwellenwert markiert einen Übergang von reversibler Verschmutzung zu zementierter Adhäsion, bei der Kapillarkräfte Staubpartikel mit ausreichender Festigkeit an der PV-Oberfläche binden, um einer windgetriebenen Entfernung zu widerstehen“, erklärten die Wissenschaftler weiter. „Die Tagesanalyse ergab, dass die optimale Stromerzeugung in den Morgenstunden mit niedriger Luftfeuchtigkeit (8:00–11:30 Uhr, Wirkungsgrad 12–13 %) erfolgt, während es nachmittags zu Effizienzverlusten von 20–25 % kommt.“
Das Team stellte außerdem fest, dass die Feinstaubverschmutzung die Leistungsverschlechterung erheblich beeinflusste, wobei der Luftqualitätsindex (AQI) eine stärkere negative Korrelation mit der Effizienz aufwies als die Luftfeuchtigkeit allein. „Bei AQI-Werten über 160 reduzierten die kombinierten Effekte der Lichtstreuung durch Aerosole in der Luft und Oberflächenverschmutzung die Umwandlungseffizienz auf unter 10 %, selbst bei moderaten Staubablagerungsdichten (3–4 g/m2)“, schlussfolgerten sie.
Ihre Ergebnisse sind in „Experimental and modeling Study of Dust Composition Impact on Photovoltaic Performance in Arid Coastal Environments“ verfügbar, veröffentlicht im Journal of Materials Research and Technology. An der Studie haben Wissenschaftler der saudi-arabischen Imam Abdulrahman Bin Faisal Universität, der ägyptischen Atomenergiebehörde und der ägyptischen Ain Shams Universität teilgenommen.
