Das Institut für Solarenergieforschung hat ein Verfahren entwickelt, das Photovoltaikmodule optisch mit Steinfassaden verschmelzen lässt. Trotz niedriger Effizienz könnten diese auf große Zustimmung innerhalb der Bevölkerung stoßen. Schließlich erzeugen sie fast unsichtbar saubere Energie.
Wir kennen sie als bläulich schimmernde Platten, die entweder auf dem Dach oder Acker installiert werden und so viel Sonnenstrahlen wie möglich einfangen sollen, um daraus sauberen Strom zu erzeugen. Die Rede ist von Solarmodulen. Doch neben den bekannten Anlagentypen wird vor allem der gebäudeintegrierten Photovoltaik, auch BiPV genannt, immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Dabei handelt es sich um die Integration von Photovoltaikmodulen in Gebäudefassaden. Solch integrierte Solarzellen sind kosteneffizient, sehen schön aus und bringen zudem noch weitere positive Nebeneffekte mit sich. Vor allem im vollbebauten urbanen Raum könnten sich smart integrierte Grünstromerzeuger als Gamechanger in der sauberen Stromerzeugung entpuppen.
Dass es tatsächlich möglich ist, Solarmodule fast gänzlich mit der Fassade verschmelzen zu lassen, beweist die neueste Solarfassade der deutschen Forschergruppe am Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH). Die entwickelten Module gelten laut Entwickler*innen als ideale Lösung für ästhetisch anspruchsvolle Photovoltaikanwendungen in Gebäuden. Auf den ersten Blick werden sie tatsächlich nicht als Solarmodule wahrgenommen, sondern vielmehr als Steinfassade. Schließlich sieht die Moduloberfläche nicht nur aus wie Stein – sie besteht aus Stein.
Steiniger Weg? Von wegen!
Nun stellt sich die Frage, wie Stein saubere Energie produzieren soll. Dazu gibt es zwei verschiedene Lösungsansätze: Die Wissenschafter*innen ersetzen entweder die vordere Glasscheibe eines handelsüblichen Photovoltaikmoduls komplett durch eine Platte in Steinoptik oder sie laminieren die Natursteinmaserungen, setzen also ein Steinfurnier direkt auf die bestehende Frontscheibe. Zum Verständnis: Steinfurnier ist ein flexibler Verbundwerkstoff aus sehr dünn abgetragenen Schiefergesteinsschichten, Klebstoff und verschiedenen Trägermaterialien. Die verwendeten Steinfurniere sind laut Forscherteam 1,5 Millimeter dünne Produkte auf Harzbasis, die mit Glasfasern und einer bis zu 0,5 Millimeter dicken Steinschicht verstärkt sind.
Die „steinigen“ Module eignen sich optimal für gebäudeintegrierte Photovoltaikanwendungen in Steinfassaden. Denn wer die Optik herkömmlicher Photovoltaikanlagen nicht mag, kann nun scheinbar leblose Steinfassaden zum Leben erwecken. „Unser Ansatz ermöglicht durch die authentische, raue Steinoberfläche eine nahtlose Integration von Solarmodulen – selbst für Betrachter*innen, die aus nächster Nähe vor der Fassade stehen oder sie berühren“, erklärt ISFH-Wissenschafter Arnaud Morlier.
Licht aus allen Richtungen
Die Forschergruppe entwickelte bislang vier großflächige Module mit einer Größe von 1.220 mal 610 Millimetern. Aber machen Steinelemente die Sache nicht auch schwerer als nötig? Ein Modul wiegt laut Wissenschafter*innen rund 13 Kilogramm. Zum Vergleich: Das Gewicht eines klassischen gerahmten Moduls liegt bei ca. 17 bis 20 kg – je nach Hersteller und Modultyp. Alle Steinfassadenmodule basieren auf bifazialen Heterojunction-Solarzellen mit einer Größe von 156 mal 156 Millimetern, die zwischen zwei Lagen einer Polyolefin-Verkapselungsfolie eingebettet sind. Sogenannte Heterojunction-Solarzellen verbinden die kristalline Photovoltaik mit der Dünnschichttechnologie. Und bifaziale Solarzellen nehmen Licht aus allen Richtungen auf, sodass auch reflektiertes Licht aus der Umgebung genutzt werden kann. Übrigens: Dem Team zufolge sind alle Arten von Silizium– oder Dünnschichtmodulen für die Integration in den Steinfassaden geeignet.
Geringer Wirkungsgrad
Klingt doch alles nach echt schönen Grünstromerzeugern. Großes Aber: Die verwendeten Steinfurniere und insbesondere die Harzschicht absorbieren Licht im UV- und sichtbaren Wellenlängenbereich. Je nach Maserung und Störungen lassen die Steinfurniere also nur ungleichmäßig Licht durch. Nicht gerade optimale Bedingungen für Solarzellen. Das Forscherteam des Instituts für Solarenergieforschung hat allerdings auch hierfür eine Lösung parat. Demnach sollte die Lichtdurchlässigkeit des Laminats bereits vor der Montage gescannt und nur die eher homogenen Bereiche verwendet werden.
Aufgrund dieser Inhomogenitäten erreichen die einzelnen Strings in den Modulen einen maximalen Wirkungsgrad von etwa 10 Prozent. Zum Vergleich: Monokristalline Module kommen schon einmal auf einen Wirkungsgrad von 20 bis 22 Prozent, polykristalline Module auf 15 bis 20 Prozent. Dieser niedrige Wert entspricht nach Angaben der ISFH-Forscher*innen allerdings den Werten anderer Module, die zum Beispiel mit Färbetechniken entwickelt werden.
Mehr Sonnenstrom
Trotz geringerem Wirkungsgrad haben die Steinfassadenmodule den Vorteil einer natürlichen Oberflächenstruktur. Die integrierten Solarmodule können zudem auch als Teilbeschattungswände oder halbtransparente Dachelemente verwendet werden. Zwar ist die Klimawende mit dem Einsatz dieser neuartigen Module noch nicht ganz in Stein gemeißelt, als zusätzliche Energiequelle leisten sie dennoch einen wichtigen Beitrag zum Schutz unserer Erde.