Forscher im Irak haben eine Beschichtung aus biobasiertem Titandioxid und Leinöl mit einer Wärmepumpe kombiniert und damit einen kombinierten Wirkungsgrad von 77.32 Prozent erreicht sowie die Paneeltemperaturen um bis zu 34 °C gesenkt.
Eine Forschungsgruppe im Irak hat eine Photovoltaik-Wärmepumpe mit Direktverdampfung und einer biobasierten Beschichtung entwickelt, wie das pv magazine berichtet . Die Beschichtung ist 100 Nanometer dick und besteht zu 15 Prozent aus Titandioxid-Nanopartikeln und zu 85 Prozent aus Leinöl (Massenanteile). Beide Inhaltsstoffe sind kostengünstig und weit verbreitet.
Die Idee besteht darin, die Wärmeentwicklung der Solarpaneele gleichzeitig von zwei Seiten anzugehen. Solarpaneele verlieren mit zunehmender Erwärmung an elektrischer Effizienz. Eine Beschichtung wirkt passiv entgegen, während eine Wärmepumpe die Wärme aktiv abführt. Neu ist hierbei, wie diese beiden Faktoren über ein ganzes Jahr hinweg zusammenwirken.
Wie das System aufgebaut ist
Der Prüfstand kombinierte ein 1.0064 Quadratmeter großes monokristallines Modul mit einer Nennleistung von 150 W mit einer 120-W-Dampfkompressionswärmepumpe. Hinter dem Modul befand sich eine 1.30 m × 0.40 m große, walzplattierte Aluminiumplatte, die als Verdampfer diente. Sie entzog dem Modul Wärme, die von einem wassergekühlten Kondensator in Warmwasser umgewandelt wurde.
Der Kältemittelkreislauf enthielt außerdem einen Kompressor, einen Filtertrockner, ein Schauglas und ein Kapillarrohr. Dieses Rohr hatte einen Innendurchmesser von 0.787 mm und einen Außendurchmesser von 1.803 mm. Das gesamte System besteht somit aus handelsüblichen Standardbauteilen.
Drei Kältemittel, vier Jahreszeiten
Das Team testete R134a, R600a und R1234yf, jeweils mit und ohne Beschichtung. Die drei unterscheiden sich deutlich hinsichtlich ihrer Klimawirkung und Sicherheit. R134a ist ein nicht entflammbarer Fluorkohlenwasserstoff mit einem relativ hohen Treibhauspotenzial. R600a (Isobutan) hat ein niedriges Treibhauspotenzial, ist aber leicht entflammbar. R1234yf ist ein Fluorolefin mit einem sehr niedrigen Treibhauspotenzial und geringer Entflammbarkeit.
Die Tests wurden im Freien in Kirkuk im Nordirak über vier Monate des Jahres 2025 durchgeführt: Januar, März, August und Oktober. Die Forscher nahmen an drei Tagen mit klarem Himmel pro Testbedingung stündlich Messungen von 07:00 bis 17:00 Uhr vor. R600a schnitt im Frühling, Sommer und Herbst am besten ab, während R1234yf im Winter die besten Ergebnisse lieferte.
Was die Zahlen zeigen
Durch die Beschichtung konnte die Gesamteffizienz in jeder Jahreszeit und mit jedem Kältemittel gesteigert werden. „Die besten Ergebnisse wurden im Winter mit R1234yf bei einer Gesamteffizienz von 64.93 % erzielt, im Frühling, Sommer und Herbst mit R600a bei 76.59 %, 71.51 % bzw. 77.32 %“, so die Forscher.
Der Leistungskoeffizient der Wärmepumpe erreichte seinen Höchstwert um den Sonnenhöchststand. Er lag im Winter mit R1234yf bei 2.65 und im Frühling, Sommer und Herbst mit R600a bei 3.78, 4.27 bzw. 3.85.
Die Paneeltemperaturen sanken im Vergleich zum Ausgangswert deutlich. Die maximale Oberflächentemperatur ging im Winter um 17 °C, im Frühling um 19 °C, im Sommer um 34 °C und im Herbst um 24 °C zurück. Diese niedrigeren Betriebstemperaturen erklären die Steigerung der elektrischen Leistung.
Warum der Low-Tech-Aspekt interessant ist
Beschichtungen und Wärmepumpen sind beide etabliert. Das Team präsentiert eine praktikable Kombination, die keine Änderungen in der Fertigung erfordert. „Diese Ergebnisse deuten auf die potenzielle praktische Machbarkeit des vorgeschlagenen PVT-Wärmepumpensystems hin, das auf handelsüblichen Komponenten mit einer kostengünstigen, einfach anzuwendenden Bio-Nano-Beschichtung basiert und keine komplexen Fertigungsmodifikationen erfordert“, so das Fazit der Gruppe.
Sie fügten hinzu, dass die größten Vorteile unter heißen Bedingungen mit hoher Strahlungsintensität erzielt werden. Kirkuk bietet sich hierfür als ideales Testgebiet an. Ob die Beschichtung über Jahre hinweg Staub, Hitze und UV-Strahlung standhält, beantwortet die Studie nicht.
Die Arbeit erschien in Results in Engineering unter dem Titel „Leistungssteigerung von Photovoltaik-/Wärmepumpensystemen durch alternative Kältemittel und Nanopartikel-TiO₂ mit Leinöl-Kühlbeschichtung“. Die Autoren sind an der Northern Technical University und der Al-Kitab-Universität im Irak tätig.
