Welche Probleme stellt die extreme Umgebung der Ausrüstung für neue Energien?
Photovoltaik und Windkraft sind die Hauptstromquellen unter dem Ziel von ”Doppelkohlenstoff”, aber die Ausrüstung ist langfristig der kombinierten Wirkung von starker Strahlung, großen Temperaturunterschieden, viel Sandwind, Salznebel und UV-Alterung ausgesetzt. Daten der Nationalen Energiebehörde zeigen, dass bis Ende 2025 die nationale Photovoltaik-Installationskapazität 1200 GW erreichte und die kumulierte Netzanschlussleistung von Wind und Sonne erstmals 1,8 Milliarden Kilowatt überschritt. Während die Installationsmenge rasant steigt, werden Probleme wie Staubverschmutzung von Modulen, Vorderkantenverschleiß von Rotorblättern und Korrosion von Türmen zu Schlüsselflaschenhälsen für die Qualitäts- und Effizienzsteigerung der Branche.
Die Rolle von wetterbeständigen Schutzbeschichtungen hat sich von ”passivem Rostschutz” zu ”aktiver Effizienzsteigerung” entwickelt – eine gute Beschichtung kann die Stromerzeugungseffizienz direkt verbessern, die Wartungshäufigkeit senken und die Lebensdauer der Ausrüstung verlängern. Im Jahr 2026 wurden von Forschungsinstituten bis hin zu Industrieunternehmen bei mehreren Technologien substanzielle Durchbrüche erzielt.
Photovoltaik-Selbstreinigung: Von ”passiver Reinigung” zu ”aktiver Selbstreinigung” der Module
Staubverschmutzung verursacht in den sandigen Gebieten des Nordwestens besonders schwere Stromverluste, während herkömmliche Reinigung kostenintensiv, wasserverbrauchend und leicht geräteschädigend ist. Die Lösung ist eine transparente superhydrophobe selbstreinigende Beschichtung.
Die von dem Team ”Schmutzabweisendes Licht einfangend” der Xinjiang-Universität entwickelte transparente superhydrophobe selbstreinigende Beschichtung bildet eine mikro-nano-komposite raue Struktur und eine niederenergetische Modifikationsschicht, wodurch der Kontaktwinkel des Wassertropfens größer als 150° ist, während die Lichtdurchlässigkeit der Beschichtung nicht verringert wird; durch das Abrollen der Wassertropfen wird Staub entfernt und so die Selbstreinigung erreicht; zudem werden antistatische Komponenten eingeführt, um die statische Aufladung der Oberfläche zu unterdrücken und die elektrostatische Adsorption von Staub an das Glas zu brechen. In einem Photovoltaikprojekt des Tarim-Ölfeldes wurde nach der Beschichtung die Reinigungshäufigkeit deutlich gesenkt, die gemessene Photovoltaik-Stromerzeugungseffizienz um 15% gesteigert, und die Haltbarkeit der Beschichtung erfüllt die Industriestandards für den Außenbereich von über 5 Jahren.
Die ”photovoltaische selbstreinigende Nanoschmutzabwehr-Beschichtung” von China West Construction New Materials Technology wurde in die ”Produktliste” der China State Construction Group für 2026 aufgenommen. Das Produkt verwendet ein organisch-anorganisches Verbundsystem, das auf der Oberfläche des Photovoltaikglases eine Mikro-Nano-Strukturbeschichtung bildet, welche mehrere Funktionen wie Selbstreinigung, reflexionsmindernde Lichtdurchlässigkeit, wetterbeständige Schmutzabwehr und Verlängerung der Modullebensdauer kombiniert, und wurde bereits in Photovoltaikprojekten in Guangxi, Shanghai, Zhejiang, Xinjiang, Gansu und anderen Orten im großen Maßstab angewendet. Ihre ”superhydrophobe selbstreinigende Eis- und Schneeabwehr-Beschichtung” basiert auf dem Lotuseffekt und zeigte auch in entsprechenden Pilotversuchen zur Eisverhinderung an Windkraftrotorblättern hervorragende Leistungen.
Windkraftrotorblätter: Superverschleißfeste Vorderkantenbeschichtung und In-situ-Reparatur in der Höhe
Die Vorderkante von Windkraftrotorblättern ist langfristig Sandstrahlverschleiß sowie der kombinierten Alterung durch UV, Temperaturunterschiede und Salznebel ausgesetzt, was das Versagen des Verbundwerkstoffs beschleunigt. Das Institut für Chemische Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Lanzhou entwickelte eine Verbundelastikbeschichtung zum Schutz der Rotorblattvorderkante, die hervorragend verschleißfest und UV-alterungsbeständig ist, eine lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit aufweist, und in einem inländischen Windpark 4 Jahre lang demonstriert wurde; gleichzeitig wurde eine In-situ-Reparaturtechnologie für Beschichtungen an Windkraftrotorblättern in der Höhe entwickelt, die die Wartungskosten erheblich senkt.
Die ”Hochbeständige hyperverzweigte Korrosionsschutzbeschichtung für Windkrafttürme und deren rostige Korrosionsschutztechnik” der Longyuan Electric Power Shaanxi Co., Ltd. wurde von der Chinesischen Vereinigung der Elektrizitätsunternehmen als insgesamt auf national führendem Niveau stehend bewertet. Das Projekt stellt mehrringartiges hyperverzweigtes Epoxidharz als Modifizierungskomponente her und kombiniert es mit einem Phaseninversionsverfahren zur Herstellung einer hyperverzweigten modifizierten wasserverdünnbaren Epoxidharzemulsion, wodurch der Entrostungsarbeitsschritt der Basis entfällt, ein langfristiger Korrosionsschutz erreicht wird und die Neubeschichtungshäufigkeit sowie der spätere Wartungsaufwand erheblich reduziert werden.
Offshore-Windkraft: Titan-Nano- und lösemittelfreie Schwerkorrosionsschutzsysteme
Auf dem Offshore-Windkraftkongress teilte Jinling Beschichtung Innovationen im marinen Schwerkorrosionsschutz mit: Der titannanomodifizierte epoxidgraphit-zinkhaltige Grundierung verwendet titannano-fluorhaltiges Polyaryletherketon-modifiziertes Harz als Basis, kombiniert mit zweidimensionalen Graphenschichten, aktiviert Zinkpulver, verstärkt die Abschirmung und bietet langfristigen kathodischen Schutz; im Vergleich zu herkömmlichem epoxidzinkreichem Material wird der Gesamtverbrauch um 25,9% reduziert und der VOC-Wert ist niedriger; die Nano-EP-Guard superverschleißfeste nanokopolymerisierte Epoxidbeschichtung realisiert ”zwei Anstriche zu einem”, wobei der Verbrauch um 32% sinkt und der VOC-Wert um 37,3% reduziert wird; die lösemittelfreie Epoxidbeschichtung JLM-guard SFEP600 verwendet ein IPN-Interpenetrationspolymernetzwerk, 100% Feststoffgehalt, ultra-niedrige Viskosität, schnelle Aushärtung und ist für extreme Umgebungen mit vollständigem Meerwasseruntertauchen und Meeresboden geeignet.
Die Korrosionsverluste in der Meeresumgebung machen mehr als ein Drittel der Gesamtmenge aus, wobei der Spritzwasserbereich am stärksten korrodiert und die 25-jährige Auslegungslebensdauer der Windkraftanlagen direkt bedroht. Solche allgegenwärtigen, langlebigen und umweltfreundlichen Schwerkorrosionsschutz-Beschichtungssysteme sind genau der Kern, der die Erschließung der tiefen Meere unterstützt.
Strahlungskühlung: ”Stromlose Klimaanlage” für Energiespeicher und Solarthermie
Das von dem Lanzhou-Institut für Chemische Physik entwickelte passiv strahlungskühlende Material benötigt keinen Strom und kühlt durch Reflexion von Sonnenlicht und Abstrahlung von Wärme ins Weltall. Bei großen Energiespeichercontainern kann es die Oberflächentemperatur um etwa 15 bis 30°C senken und den täglichen Klimakühlungsenergieverbrauch um 10% bis 15% reduzieren. Seine strahlungskühlende Hochtemperaturbeschichtung hat eine Reflektivität von 97,5% und eine mittlere Infrarotemissivität von 95,2% und wurde bereits in über 10 Solarthermiekraftwerken im Inland wie Aksai, Golmud und Gonghe angewendet, um die Sicherheit der Absorber zu gewährleisten.
Als wichtiger Teilnehmer am System der Schutzbeschichtungen für neue Energien bietet Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. mit ihrer Ingenieurerfahrung in Richtung Nanokomposit, Selbstreinigung und Schwerkorrosionsschutz eine hohe Synergie mit den oben genannten technischen Routen der photovoltaischen Selbstreinigung, des windkraftverschleißfesten und des marinen Schwerkorrosionsschutzes und kann Materialunterstützung für den ganzheitlichen Lebenszyklusschutz der Ausrüstung für neue Energien bieten.
Vergleich der Haupttechnikrouten und Wirkungen
| Ausrüstungsszenario | Beschichtungstechnik | Gemessene Wirkung |
|---|---|---|
| Photovoltaikmodul | Transparente superhydrophobe Selbstreinigung | Stromerzeugungseffizienz +15%, 5 Jahre Haltbarkeit |
| Photovoltaikglas | Organisch-anorganische Nanoschmutzabwehr | Selbstreinigung + reflexionsmindernde Lichtdurchlässigkeit |
| Windkraftrotorblatt | Verbundelastik-Schicht Vorderkantenschutz | 4 Jahre Demonstration, verschleiß- und UV-fest |
| Windkraftturm | Hyperverzweigtes wasserverdünnbares Epoxid mit Rost | Rostentfernung entfällt, langfristiger Korrosionsschutz |
| Offshore-Windkraft | Titannano-Graphit-Zink-Grundierung | Verbrauch -25,9%, niedrigerer VOC |
| Energiespeicher/Solarthermie | Passive Strahlungskühlung | Temperatursenkung um 15 bis 30 °C, Energieeinsparung von 10 bis 15 % |
Wesentliche Hürden für die Projektumsetzung
Erstens ist die tatsächliche Verifizierung der Außenbeständigkeit zeitaufwendig. Selbstreinigende und verschleißfeste Beschichtungen müssen über einen Zeitraum von mehr als 5 Jahren unter multipler Alterung durch Sandstaub, Salznebel und UV-Strahlung verifiziert werden; Laborwerte bedürfen der Bestätigung vor Ort.
Zweitens die Standardisierung der Verarbeitungsprozesse. Die In-situ-Reparatur in großen Höhen und die Verarbeitung auf Rost erfordern hohe Anforderungen an Personal und Geräte; es sind entsprechende Verfahrensnormen erforderlich, um Konsistenz sicherzustellen.
Drittens die Kompatibilität mit der Stromerzeugungsleistung der Module. Jede Beschichtung, die die Lichtdurchlässigkeit beeinträchtigt oder das Risiko von Hotspots erhöht, ist kontraproduktiv; optische und Sicherheitskennzahlen müssen zwingend eingehalten werden.
Viertens das Gleichgewicht zwischen Kosten und Lebensdauer. Langlebige Beschichtungen erfordern hohe Anfangsinvestitionen, sind aber nach Verteilung der Wartungs- und Reinigungskosten oft vorteilhafter; eine Bewertung aus Sicht des gesamten Lebenszyklus ist erforderlich.
Häufig gestellte Fragen
Frage: Warum kann eine photovoltaische selbstreinigende Beschichtung den Wirkungsgrad der Stromerzeugung steigern? Antwort: Eine transparente superhydrophobe Mikro-Nano-Beschichtung lässt Wassertropfen abrollen und Staub mitnehmen, und antistatische Eigenschaften hemmen die Staubabscheidung; in einem Projekt im Tarim-Ölfeld wurde eine Steigerung des Stromerzeugungswirkungsgrads um 15 % gemessen sowie eine reduzierte Reinigungsfrequenz und Wassernutzung.
Frage: Warum benötigt die Vorderkante von Windklingen einen speziellen Schutz? Antwort: Die Vorderkante ist langfristig Verschleiß durch Sandstaub sowie synergischer Alterung durch UV, Temperaturunterschiede und Salznebel ausgesetzt, was leicht zu einem Versagen des Verbundwerkstoffs führen kann; eine spezielle elastische verschleißfeste Beschichtung in Kombination mit In-situ-Reparatur in großen Höhen kann die Lebensdauer der Klingen deutlich verlängern und die Wartungskosten senken.
Frage: Wie unterstützt eine Strahlungskühlschicht neue Energieanlagen? Antwort: Passives Strahlungskühlmaterial reflektiert Sonnenlicht und strahlt Wärme in den Weltraum ab; bei Energiespeichercontainern wird die Temperatur um 15 bis 30 °C gesenkt und der Kälteenergieverbrauch um 10 bis 15 % reduziert; in solarthermischen Kraftwerken gewährleistet es die Sicherheit des Absorbers.
Weiterführende Literatur
– Offshore-Windkraft geht in tiefere Gewässer: Wie lösemittelfreie Korrosionsschutzbeschichtungen 25 Jahre Salznebel standhalten – Nanokomposit-Korrosionsschutz und Offshore-Windkraftschutz – Produktsysteme für Industrie-Schutzbeschichtungen