Fassade 29.01.2021, 10:50 Uhr

Energiegewinnung mit der Gebäudehülle

Der ästhetischen Integration von Photovoltaik- und Solarthermie-Anlagen in die Gebäudehülle haben sich Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE angenommen. Mit ihrem neu entwickelten Verfahren ist es ihnen gelungen, homogene und leuchtend farbige Oberflächen für die Anlagen herzustellen. Dabei haben sie das Prinzip aus dem Flügel des Morpho-Schmetterlings entlehnt.

Mit den neuen Photovoltaik-Modulen ist ein homogenes Bild in bunten Farben möglich. Foto: Fraunhofer ISE

Mit den neuen Photovoltaik-Modulen ist ein homogenes Bild in bunten Farben möglich.

Foto: Fraunhofer ISE

Es ist heute selbstverständlich, die Sonnenenergie zu nutzen. Dabei sind Photovoltaik-Anlagen mittlerweile zu einer Standard-Technologie geworden und werden in etablierten Verfahren in großen Mengen hergestellt. Was bei den Anlagen gleich geblieben ist, ist das Aussehen der Photovoltaik-Modulen: schwarz-glänzende Platten mit einer Schutzhaut aus Glas, darunter die Photovoltaik-Zellen von der Größe einer kleinen Badezimmerkachel, die wie auf einem Schachbrett miteinander verlötet sind. Ästhetisch sind die Module dabei nicht gerade und damit fällt häufig deren Einsatz an einer Hausfassade weg. Dabei müssen die Module nicht nur auf dem Dach installiert werden. Auch an der Hauswand können sie zur Stromerzeugung beitragen.

Solarmodule fast unsichtbar in der Fassade integriert

Als gestalterisches Element werden Photovoltaik-Anlagen von Bauherren und Architekten kaum in Betracht gezogen. Häufig sind die Module störende Objekte. Damit dieses nicht so bleibt, haben Forscherinnen und Forscher vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg Module für die Gestaltung von Fassaden entwickelt. Sie sind ästhetisch und bunt. Dabei sieht man ihnen ihren eigentlichen Zweck nicht mehr an. Ist vom Bauherren oder vom Architekten eine bestimmte Farbe gewünscht, dann kann diese umgesetzt werden. „Die zündende Idee für die Entwicklung bestand darin, die Deckgläser der Module nicht mit Farbpigmenten einzufärben, sondern vielmehr den physikalischen Effekt des Schmetterlingsflügels nachzuahmen“, sagt Dr. Thomas Kroyer, Leiter der Gruppe Beschichtungstechnologien und -systeme. Durch eine Beschichtung der Gläser mit Pigmenten würden diese von bei ihrem Wirkungsgrad einbüßen, da das Licht nicht mehr ungehindert in das Modul eindringen kann.

Das Vorbild ist ein Falter

Das Vorbild für das Verfahren zur Herstellung der bunten Solarmodule fanden die Forscherinnen und Forscher im tropischen Regenwald von Mittel- und Südamerika: der Flügel des Morpho-Falters. Die leuchtenden Farben des Schmetterlings entstehen dabei nicht durch farbige Pigmente, ein optischer Effekt erzeugt ihn. Die Schmetterlingsflügel haben eine mikrometerfeine Oberflächenstruktur, die gezielt einen engen Wellenlängenbereich, sprich eine Farbe reflektiert. Durch einen Vakuumprozess auf die Rückseite des Deckglases ihrer Photovoltaik-Module ist es den Fraunhofer ISE-Experten gelungen, eine ähnliche Oberflächenstruktur aufzubringen. Je nach Feinstruktur lassen sich so Deckgläser in Blau, Grün oder Rot herstellen. „Rund 93 Prozent des Lichts können diese Schicht durchdringen, nur etwa sieben Prozent werden reflektiert und lösen den Farbeffekt aus“, erläutert Kroyer. Der Morpho-Falter hat den Forscherinnen und Forscher auch die Inspiration zum Namen der Technologie gegeben: MorphoColor.

Zwischenräume durch Montagemethode verhindern

Damit die bunten Farben der Module auch richtig zur Geltung kommen, haben die Forscherinnen und Forscher auch eine neue Montagemethode entwickelt. Mit dieser verhindern sie, dass die Zellen wie ein Schachbrettmuster durch das Deckglas schimmern. Das Prinzip der neuen Methode erinnert an Dachschindel. Um dies zu erreichen, werden die Photovoltaik-Zellen in Streifen angefertigt. Die Zellen werden dann mit einer Überlappung von wenigen Millimetern zu einem großen Modul zusammengeklebt. Es entsteht ein homogenes Modul. Kroyer beschreibt den Effekt der Module so: „Man kann aus verschiedenen Winkeln auf unsere geschindelten Photovoltaik-Module mit MorphoColor-Beschichtung schauen – und trotzdem bleibt der homogene Eindruck.“

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Von Fraunhofer ISE

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