Farbige Photovoltaik-Module für denkmalgeschützte Gebäude
Für die Umsetzung der Energiewende spielt die Installation von Photovoltaik-Modulen eine zentrale Rolle, da sich damit ein hoher Energieertrag erzielen lässt. Die Akzeptanz scheitert allerdings mitunter an der Ästhetik, denn bei Architekten und Bauherren sind Photovoltaikanlagen als gestalterisches Element nicht besonders beliebt. Bei Gebäuden, die unter Denkmalschutz stehen, ist eine Installation von Photovoltaikmodulen bisher meistens keine Option. In den gesetzlichen Anforderungen, die bei einer Dachsanierung eine PV-Pflicht vorsehen, sind denkmalgeschützte Gebäude in der Regel davon ausgeklammert.
Für ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE gab das den Ausschlag, ein neuartiges solares Fassadenelement zu entwickeln, das sich nahezu unsichtbar und ohne nennenswerten Wirkungsgradverlust in eine Gebäudehülle integrieren lässt. Dabei ließen sich die Forscher vom biologischen Vorbild des Morpho-Schmetterlings inspirieren.
„Der Morpho-Schmetterlingsflügel erzeugt seinen Farbeindruck nicht durch farbige Pigmente, sondern durch einen optischen Effekt“, erklärt Dr. Thomas Kroyer. Das leuchtende Blau entsteht durch die Absorption von Lichtwellen, die auf die unzähligen dünnen Schuppen auf seinen Flügeln fallen und wieder zurückgeworfen werden. „Die 3D-photonischen Strukturen auf seinem Flügel erlauben einen intensiven und winkelstabilen Farbeindruck durch einen grundsätzlich verlustarmen Interferenzeffekt.“
Dem Forscherteam ist es durch einen Vakuumprozess gelungen, eine ähnliche Oberflächenstruktur auf die Rückseite des Deckglases von Photovoltaikmodulen aufzubringen. Durch die jeweilige Festlegung der Feinstruktur können die Deckgläser in verschiedenen Farben hergestellt werden. Für die gebäudeintegrierte Photovoltaik war dabei entscheidend, dass sich die farbigen Photovoltaikmodule nicht nur optisch unsichtbar in die Gebäudehülle integrieren lassen, sondern sich damit zugleich ein möglichst hoher Wirkungsgrad erreichen lässt.
„Im Vergleich zu einem schwarzen Referenzmodul muss man natürlich für die Farbreflektion ein bisschen Licht zurückgeben und hat dadurch ein bisschen weniger Stromgenerierung“, sagt Andreas Wessels, Forscher am Fraunhofer ISE. „Wir sind aber im Vergleich zu einem schwarzen Referenzmodul bei einem Wirkungsgrad von 95 Prozent.“
Durch die MorphoColor®-Technologie eröffnen sich neue Optionen zur Installation von Photovoltaik-Modulen auf denkmalgeschützten Gebäuden.
Für Flächen, die mit normalen Schwarzmodulen nicht bestückt werden konnten, können künftig farbige Dachziegelmodule eingesetzt werden. Das Schichtsystem für farbige Photovoltaik ist kostengünstig industriell herstellbar. Besonders gut dafür geeignet sind Zell- und Modultechnologien, die einen homogenen optischen Eindruck liefern. Dazu gehört die am Fraunhofer ISE entwickelte Matrix-Schindeltechnologie, deren Montagemethode 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“, erläutert Dr. Oliver Höhn. „Somit bleibt die Solarzellentechnologie hinter der Farbschicht vollständig unsichtbar. Dadurch wird eine ästhetische und vollständige optische Integration in Fassaden oder Dächer ermöglicht.“
Für die Entwicklung dieser farbigen Photovoltaikmodule Fraunhofer ISE sind die Forscher Thomas Kroyer, Dr. Oliver Höhn und Andreas Wessels mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2024 ausgezeichnet worden. Die MorphoColor®-Technologie wird von der Schweizer Firma Megasol Energie AG, einem europaweiten Hersteller von Solarmodulen und In-Dach- und Fassaden Montagesystemen, auf den Markt gebracht.
