Unsichtbare Photovoltaik: Farbig und hocheffizient
Durch die Energiewende steigt die Nachfrage nach Photovoltaik kontinuierlich an. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben farbige Photovoltaikelemente entwickelt, die sich durch eine neue Beschichtungstechnologie fast unsichtbar in eine Gebäudehülle einfügen, fast ohne Wirkungsgradverlust. Die Entwicklung könnte wichtig für den Ausbau integrierter Photovoltaik sein.
Die neuartigen Photovoltaikmodule lassen sich in unterschiedlichen Farben herstellen.
Foto: © Piotr Banczerowski
Die Energiewende in Deutschland, Europa und weltweit sorgt für eine wachsende Nachfrage nach Photovoltaik (PV). Neben einem möglichst hohen Wirkungsgrad spielt auch die Ästhetik der Solarmodule eine wichtige Rolle für die Akzeptanz und Verbreitung. Ein Team von Forschern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE hat ein neuartiges Photovoltaik-Fassadenelement entwickelt, das sich fast unsichtbar und vor allem ohne nennenswerten Wirkungsgradverlust in eine Gebäudehülle integrieren lässt.
Photovoltaik: Ästhetik und Akzeptanz sind wichtig für die Verbreitung
Mit der Entwicklung der MorphoColor®-Beschichtungstechnologie haben die Expertinnen und Experten einen wichtigen Beitrag geleistet, um den Ausbau der integrierten Photovoltaik in Deutschland weiter voranzutreiben. Dafür wurden sie mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2024 ausgezeichnet. Bei Architektinnen und Architekten sowie Bauherren sind Photovoltaikanlagen als gestalterisches Element wenig beliebt. Das nahmen sich die Forscher Dr. Oliver Höhn, Dr. Thomas Kroyer und Andreas Wessels des in Freiburg ansässigen Fraunhofer ISE zu Herzen und entwickelten ästhetische, farbige Photovoltaikmodule. Sie zeigen eine winkelstabile und gesättigte Farbgebung bei minimalem Wirkungsgradverlust und lassen sich so fast unsichtbar in die Gebäudehülle integrieren.
Inspiriert durch den Morpho-Schmetterling
Die Herausforderung dabei: Die Solarmodule sollen einerseits wie eingefärbte klassische Gebäudeelemente aussehen, andererseits sollte die Farbgebung die Stromerzeugung möglichst wenig, im Idealfall, gar nicht beeinträchtigen. Bei der Lösung ließen sich die Forscher von einem biologischen Vorbild inspirieren, dem Morpho-Schmetterling. “Die 3D-photonischen Strukturen auf seinem Flügel erlauben einen intensiven und winkelstabilen Farbeindruck durch einen grundsätzlich verlustarmen Interferenzeffekt”, erklärt Dr. Thomas Kroyer.
Farbige Photovoltaik: Fast kein Wirkungsgradverlust
Nach diesem biologischen Vorbild ist es den Experten vom Fraunhofer ISE gelungen, eine ähnliche Oberflächenstruktur durch einen Vakuumprozess auf die Rückseite des Deckglases ihrer Photovoltaikmodule aufzubringen. Je nach Feinstruktur lassen sich Deckgläser in verschiedenen Farben herstellen. Die Forscher haben die farbige Photovoltaik so weit optimiert, dass sie andere, vergleichbare Technologien auf dem Markt bei Weitem übertrifft. “Unabhängige Messungen bestätigen, dass die farbigen PV-Module mit MorphoColor-Beschichtung® etwa 95 Prozent der Leistung eines vergleichbaren unbeschichteten Moduls erbringen”, erläutert Andreas Wessels.
Die Plug-in-Lösung lässt sich mit allen gängigen sowie den absehbaren zukünftigen PV-Technologien einsetzen und ist kostengünstig und in großem Maßstab herstellbar. Besonders gut eignen sich Zell- und Modultechnologien, die einen homogenen optischen Eindruck liefern. Dazu gehören rückseitenkontaktierte Solarzellen oder die ebenfalls am Fraunhofer ISE entwickelte Matrix-Schindeltechnologie – eine Montagemethode, die an das Prinzip eines Mauerwerks erinnert. “Bei der Matrix-Schindeltechnologie entfallen durch die leitfähige Verklebung der Solarzellen die metallisch reflektierenden Zellverbinder und es ergibt sich ein homogenes Erscheinungsbild. Somit bleibt die Solarzellentechnologie hinter der Farbschicht vollständig unsichtbar. Dadurch wird eine ästhetische und vollständige optische Integration in Fassaden oder Dächer ermöglicht”, erklärt Dr. Oliver Höhn.
Farbige Photovoltaik auch fürs Auto
Die Marke MorphoColor® ist bereits in der EU sowie in der Schweiz, China, USA, Japan und Korea registriert. Im Jahr 2023 wurde dem Schweizer Unternehmen Megasol Energie AG eine Lizenz erteilt. Das Unternehmen ist europaweit führend bei der Herstellung von Solarmodulen und In-Dach- und Fassaden-Montagesystemen. Ein vielversprechendes weiteres Entwicklungsfeld ist die Integration von PV-Modulen in Fahrzeuge. Auf der Automobilmesse IAA präsentierte das Fraunhofer ISE bereits Autoglasdächer und Motorhauben mit integrierten MorphoColor-Photovoltaikmodulen.
Das Forscherteam ist eine von drei Gruppen, die den mit jeweils 50.000 Euro dotierten Joseph-von-Fraunhofer-Preis gewonnen haben. Der Preis wird seit 1978 alljährlich von der Fraunhofer-Gesellschaft für herausragende wissenschaftliche Leistungen vergeben.
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