Jutegewebe zur Kühlung von Solarmodulen: ein vielversprechender Forschungsansatz für die Photovoltaik

Jute wird üblicherweise mit Säcken, Verpackungen, Landwirtschaft, Bauwesen, Dekoration und Erosionsschutz in Verbindung gebracht. Ihre Eigenschaften veranlassen Forschungsteams jedoch zunehmend dazu, wesentlich technischere Anwendungen zu untersuchen.

Ein neuer Ansatz besteht darin, befeuchtetes Jutegewebe auf der Rückseite von Photovoltaikmodulen einzusetzen, um deren Betriebstemperatur durch Verdunstung zu senken. Dabei wird eine vergleichsweise einfache Pflanzenfaser mit Wasserverteilung, Sensorik und elektronischer Steuerung kombiniert.

Noch handelt es sich nicht um eine breit eingesetzte kommerzielle Lösung. Veröffentlichte Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass dieser Ansatz für Photovoltaikanlagen in besonders heißen und trockenen Regionen interessant sein könnte.

 

Solarmodule benötigen Licht – übermäßige Wärme verringert jedoch ihre Leistung

Es klingt zunächst widersprüchlich, doch eine stärkere Sonneneinstrahlung führt nicht automatisch zu optimalen Betriebsbedingungen für ein Photovoltaikmodul.

Solarzellen benötigen Licht zur Stromerzeugung. Mit steigender Zelltemperatur sinken jedoch die elektrische Spannung und die verfügbare Leistung. Die in Scientific Reports veröffentlichte Studie nennt für kristalline Siliziummodule einen typischen Effizienzverlust von etwa 0,4 % bis 0,5 % je Grad Celsius oberhalb von 25 °C.

In ariden Klimazonen kann die Modultemperatur deutlich über der Umgebungstemperatur liegen und während der heißesten Tagesstunden mehr als 70 °C erreichen. Langfristige thermische Belastung kann zudem zur Alterung einzelner Modulkomponenten beitragen. Das Wärmemanagement hat sich deshalb zu einem aktiven Forschungsfeld innerhalb der Photovoltaik entwickelt.

 

Wie wurde das Jutegewebe eingesetzt?

Im Jahr 2026 veröffentlichte ein Forschungsteam der Tunis University eine Studie mit zwei identischen monokristallinen Photovoltaikmodulen mit jeweils 30 Wp. Ein Modul diente als ungekühlte Referenz, während das zweite auf seiner Rückseite mit einem Kühlsystem versehen wurde.

Das System bestand aus drei Lagen Jutegewebe mit gekreuzter Faserausrichtung. Ein kleines Netz perforierter Rohre führte den Gewebelagen Wasser zu. Das Gewebe wirkte wie ein Docht, nahm das Wasser auf und verteilte es durch Kapillarwirkung über eine größere Fläche.

Bei der Verdunstung wurde der Modulrückseite Wärme entzogen. Das physikalische Prinzip ähnelt anderen Verdunstungskühlsystemen, wobei das kapillare Netzwerk hier aus einer Naturfaser bestand.

Der Versuchsaufbau verfügte über Sensoren für Temperatur, Einstrahlung, Spannung und Strom sowie einen ESP32-Mikrocontroller. Die Pumpe lief nicht dauerhaft. Sie wurde für 72 Sekunden eingeschaltet, wenn die Modultemperatur über 55 °C stieg und gleichzeitig die Leistung unter 22 W fiel. Anschließend folgte eine Pause von 1.800 Sekunden.

Das Konzept geht somit deutlich über das bloße Anbringen eines nassen Gewebes hinter einem Solarmodul hinaus. Seine Funktion hängt von der Gewebestruktur, dem Kontakt zur Modulrückseite, einer gleichmäßigen Wasserverteilung und einer Steuerung ab, die Wasser nur dann zuführt, wenn eine Kühlung sinnvoll erscheint.

Konzeptionelle Darstellung einer möglichen Anwendung von Jutegewebe zur Verdunstungskühlung von Photovoltaikmodulen. Das Bild zeigt nicht den Versuchsaufbau der zitierten Studie.

Welche Ergebnisse wurden erzielt?

Die Feldversuche fanden an drei wolkenlosen Tagen vom 14. bis 16. Juli 2025 unter anspruchsvollen Umweltbedingungen statt. Die Umgebungstemperatur erreichte 45,4 °C, die maximale Einstrahlung lag bei 848 W/m².

Zum Zeitpunkt des größten Temperaturunterschieds erreichte das ungekühlte Referenzmodul 75,5 °C, während das gekühlte Modul bei 54,1 °C blieb. Dies entspricht einer maximalen Temperatursenkung von 21,4 °C.

An einem maximalen Betriebspunkt ermittelte die Studie außerdem eine Leistung von 31,08 W für das gekühlte Modul und 22,13 W für das Referenzmodul. Daraus ergibt sich ein maximaler momentaner relativer Leistungszuwachs von 40,44 %.

Diese Zahl muss sorgfältig eingeordnet werden. Sie bedeutet weder, dass der Wirkungsgrad des Moduls um vierzig Prozentpunkte stieg, noch belegt sie eine um 40,44 % höhere jährliche Energieproduktion. Es handelt sich um einen momentanen Vergleich zwischen zwei kleinen Modulen unter den konkreten Versuchsbedingungen.

Der absolute elektrische Wirkungsgrad stieg von 15,3 % auf 16,8 %, also um 1,5 Prozentpunkte. Der angegebene Wasserverbrauch betrug etwa 0,14 Liter pro Stunde und Quadratmeter. Von dem zugeführten und nicht verdunsteten Wasser wurden 81,3 % durch Entwässerung zurückgewonnen.

 

Kein vollständig isolierter Versuch

Die Bedeutung der Untersuchung beruht nicht allein auf einem besonders hohen Einzelwert. Sie ergänzt frühere Forschungsarbeiten über poröse Textilien und Dochtsysteme aus Naturfasern zur Verdunstungskühlung von Photovoltaikmodulen.

Die Studie von 2026 baut selbst auf früheren Ansätzen mit grobem Gewebe und kapillarer Wasserverteilung auf. Im Jahr 2024 untersuchten Forschende des Manipal Institute of Technology ebenfalls ein photovoltaisch-thermisches Kühlsystem mit Jutegewebe und Wasser. In der wissenschaftlichen Zusammenfassung wurden eine maximale Temperatursenkung von 15,7 % und eine maximale Leistungssteigerung von 16,3 % angegeben.

Die Ergebnisse sind nicht unmittelbar vergleichbar, da sich Modulgröße, Klima, Wasserdurchfluss, Gewebekonstruktion, Befeuchtungsmethode und Berechnung der Leistungsverbesserung unterscheiden. Dasselbe physikalische Prinzip wurde jedoch in verschiedenen Konfigurationen getestet. Dies spricht dafür, Jute als funktionales Material für das Wärmemanagement weiter zu untersuchen.

 

Warum könnte Jute ein interessantes Material sein?

Das Gewebe kann mehrere Aufgaben gleichzeitig übernehmen:

• Aufnahme und Verteilung von Wasser durch Kapillarwirkung.
• Bereitstellung einer großen porösen Verdunstungsoberfläche.
• Anpassung an unterschiedliche Abmessungen und Geometrien.
• Verwendung einer erneuerbaren und biologisch abbaubaren Pflanzenfaser, sofern keine entsprechend verändernden Behandlungen eingesetzt werden.
• Potenziell geringere Materialkosten als bei bestimmten metallischen, elektronischen oder phasenwechselnden Kühllösungen.

Das in der Studie von 2026 untersuchte Gewebe wies eine gemessene Porosität von 75 %, eine Wärmeleitfähigkeit von 0,045 W/mK und ein Feuchterückhaltevermögen von 62 % auf. Diese Werte gelten ausschließlich für die getestete Konstruktion und dürfen nicht auf jedes Jutegewebe übertragen werden.

Genau diese Unterscheidung ist für die weitere Entwicklung entscheidend. Flächengewicht, Garnstärke und Fadendichte, Bindung, Offenheit, Dicke, Ausrüstung, Nassfestigkeit und Ausrichtung der einzelnen Lagen können beeinflussen, wie schnell Wasser aufgenommen, verteilt und verdunstet wird.

Die industrielle Frage lautet daher nicht nur, ob Jute grundsätzlich funktionieren kann, sondern welche Gewebekonstruktion das beste Verhältnis zwischen Kapillarleistung, thermischem Kontakt, Wasserverbrauch, Haltbarkeit und Kosten bietet.

 

Vom Prototyp zur industriellen Anwendung: offene Fragen

Die Ergebnisse sind vielversprechend, doch die Studie nennt selbst wesentliche Einschränkungen.

Die Versuche dauerten lediglich drei Tage und wurden mit 30-Wp-Modulen durchgeführt. Saisonale Untersuchungen, Tests mit größeren handelsüblichen Modulen und langfristige Feldvalidierungen stehen noch aus.

Die Forschenden schätzen die Lebensdauer des Jutegewebes im Außeneinsatz auf etwa ein bis zwei Jahre, bevor es ersetzt werden muss. Das Verhalten unter UV-Strahlung, wiederholten Nass-Trocken-Zyklen, mikrobieller Belastung, hoher Luftfeuchtigkeit, Staub und extremen Temperaturen muss genauer untersucht werden.

Im Versuch wurde sauberes Leitungswasser verwendet. Hartes, brackiges oder aufbereitetes Wasser könnte mineralische Ablagerungen, verstopfte Öffnungen oder Veränderungen der Wasseraufnahme des Gewebes verursachen. Eine gleichmäßige Versorgung und Rückgewinnung des Wassers bei Tausenden von Modulen wäre außerdem wesentlich komplexer als bei einem kleinen Prototyp.

Ein kommerzielles System müsste zusätzlich die elektrische Sicherheit, das Brandverhalten, die Vereinbarkeit mit der Herstellergarantie, Befestigungsmethoden, Reinigung, Wartung und die tatsächliche Bilanz zwischen Wasserverbrauch, Hilfsenergie und zusätzlich erzeugtem Strom nachweisen.

 

Die mögliche Rolle von Deyute als Materiallieferant

Deyute arbeitet seit 1989 mit Jute und liefert Gewebe in unterschiedlichen Flächengewichten, Qualitäten und Breiten für zahlreiche Anwendungen. Wir verfolgen diese Forschungsarbeiten, weil sie zeigen, wie eine traditionelle Faser neue Funktionen in den Bereichen erneuerbare Energien, Ingenieurwesen und nachhaltiges Bauen übernehmen kann.

Deyute bietet derzeit kein kommerzielles Kühlsystem für Solarmodule an und behauptet nicht, dass unsere Gewebe die von den Forschungsteams erzielten Ergebnisse reproduzieren. Unsere mögliche Rolle liegt an anderer Stelle: in der Materialkenntnis, im Zugang zu unterschiedlichen Gewebekonstruktionen und in der Bereitstellung von Material für Versuche und Entwicklungsprojekte.

Wir können Unternehmen, Universitäten und Technologiezentren unterstützen bei:

• Der Auswahl vorhandener Gewebe für erste Versuche.
• Der Bereitstellung von Mustern und Mengen für Prototypen.
• Dem Vergleich verschiedener Flächengewichte, Breiten, Dichten und Offenheiten.
• Der Bewertung besonderer Anforderungen an Format, Konfektion oder Ausrüstung.
• Der Definition einer reproduzierbaren Lieferspezifikation, sobald das technische Team die geeignete Konstruktion ermittelt hat.

Die entscheidenden Eigenschaften müssen für jede Gewebereferenz und jede Anwendung gemessen und validiert werden. Bei einer technischen Entwicklung reicht die Bezeichnung „Jute“ allein nicht aus: Die genaue Konstruktion und die Einsatzbedingungen müssen festgelegt sein.

 

Einladung an Unternehmen und Forschungseinrichtungen

Dieser Forschungsansatz kann für Hersteller von Photovoltaikmodulen, Entwickler von Wärmemanagementsystemen, Betreiber von Solarparks, Ingenieurunternehmen, Universitäten, Technologiezentren sowie Anbieter von Wasserverteilungs- und Rückgewinnungssystemen relevant sein.

Organisationen, die ähnliche Konzepte untersuchen, können sich an Deyute wenden, um geeignete Gewebe, Muster oder Liefermengen für Pilotversuche zu besprechen.

Alle in diesem Artikel genannten Leistungsdaten gehören ausschließlich zu den jeweiligen Forschungsteams und getesteten Konfigurationen. Deyute hat diese Ergebnisse nicht unabhängig validiert und garantiert nicht, dass sie mit anderen Geweben, Modulen oder Umweltbedingungen reproduziert werden können.

 

Eine Naturfaser vor einer neuen Möglichkeit

Es ist noch zu früh, um zu beurteilen, ob Jutegewebe künftig ein üblicher Bestandteil von Photovoltaiksystemen wird. Nicht jede Solaranlage benötigt Kühlung, und jede Lösung muss Sicherheit, Haltbarkeit, Skalierbarkeit und wirtschaftliche Tragfähigkeit nachweisen.

Die Forschung hat sich jedoch von einer theoretischen Idee zu mehreren Feldversuchen unter realen Bedingungen weiterentwickelt. In extrem heißen und trockenen Regionen könnte ein kapillares Netzwerk aus Naturfasern künftig Bestandteil kostengünstiger Kühlsysteme mit kontrolliertem Wasserverbrauch werden.

Der nächste Entwicklungsschritt erfordert die Zusammenarbeit von Fachleuten für Solarenergie, Wasserwirtschaft, Elektronik, Materialwissenschaft und Textiltechnik. Deyute möchte diesen Prozess als spezialisierter Lieferant von Jutegeweben und als Ansprechpartner für Organisationen unterstützen, die neue Anwendungen dieser Naturfaser untersuchen.