Photovoltaik-Module für denkmalgeschützte Gebäude
Die Installation einer Photovoltaik-Anlage erweist sich bei denkmalgeschützten Gebäuden oftmals als problematisch. Eine Alternative zur Aufdach-Montage stellen Solardachziegel dar, die wie normale Ziegel aussehen und in unterschiedlichen Farben und Formen erhältlich sind. Bei dieser Lösung sind mehrere Solarzellen innerhalb jedes Dachziegels in Reihe oder parallel verschaltet, um die gewünschte Strom- und Spannungsmenge zu erreichen. Diese sogenannten In-Dach-Lösungen besitzen den Vorteil, dass keine Schienen oder Montagestrukturen sichtbar sind. Das Dachbild bleibt einheitlich. Zudem übernehmen die Solardachziegel die Funktion der herkömmlichen Dachhaut und schützen vor Regen, Wind und Schnee.
Die Herstellung und Montage von Solardachziegeln ist aufwendiger als bei klassischen Photovoltaik-Modulen, weil die Ziegel elektrisch verschaltet und wetterdicht verlegt werden müssen. Zudem besitzen sie bislang einen geringeren Wirkungsgrad. Während Aufdachmodule eine Leistung bis zu 350 Wp pro Quadratmeter erreichen, liegt diese bei Solarziegeln zwischen 130 bis 180 Wp. Doch die Entwicklung von Photovoltaik ist hinsichtlich ihrer Effizienz noch längst nicht ausgereizt. Um mehr Solarenergie auf kleinerer Fläche zu produzieren, wird unter anderen an neuen Zelldesigns geforscht, mit denen sich der Wirkungsgrad erheblich steigern lässt.
Am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg ist eine neuartige Generation von Solardachziegeln entwickelt worden, die besonders flach sind und sich durch eine innovative Matrix-Verschaltung auszeichnen. Dank dieser Technik läuft die Stromproduktion weiter, wenn Teile des Moduls durch Schatten oder Verschmutzung beeinträchtigt sind. Bei klassischen PV-Modulen kann bereits eine kleine Abschattung die Leistung des gesamten Elements beeinträchtigen. Bei den Matrix-Schindelmodulen sind hingegen alle Zellen miteinander verschaltet, so dass der Strom die verschatteten Bereiche umfließen kann.
Bei dieser Technologie sind die Solarzellstreifen mit elektrisch leitfähigen, bleifreien Klebstoffen zu Strings verbunden und genau wie Dachschindeln überlappend angeordnet. Da die Ströme der Solarzellenstreifen kleinerals bei Halbzellen-Modulen sind und zwischen den Solarzellen eines Strings keine Freiräume bleiben, sind diese Photovoltaik-Module effizienter. Zudem werden die geschindelten Solarzellen versetzt angeordnet, was die vollständige, homogene Belegung der gesamten Modulfläche ermöglicht. Insgesamt sind die Matrix-Schindelmodule etwa vier Prozent effizienter als herkömmlich Halbzellenmodule mit Drahtverschaltung.
Die Matrix-Schindelmodule sind für integrierte Anwendungen als PV-Dachziegel auf Dächern oder in Gebäudefassaden prädestiniert.Torsten Rößler, Projektleiter am Fraunhofer ISE
Gerade dort kommt es auf maximale Flächenausnutzung, Verschattungstoleranz und eine ansprechende Ästhetik an. Die Module lassen sich in verschiedenen Farben mit hoher Farbsättigung herstellen. Dabei kommt die am Fraunhofer ISE entwickelte MorphoColor®-Beschichtung zum Einsatz, bei der die gewünschte Farbe durch eine Interferenzschicht erzeugt wird. Diese Interferenzwirkung erlaubt es, einzelne Wellenlängen der Sonne sehr genau zu selektieren und zurückzuwerfen, um eine intensive Farbgebung zu erzeugen. Dabei liegt die Transmission der Sonneneinstrahlung und damit der Wirkungsgrad der farbigen Module bei über 90 Prozent des Wertes von vergleichbaren schwarzen Modulen.
Im Rahmen des Forschungsprojekts Sphinx (Sustainable Photovoltaics Integration in buildings and Infrastructure for multiple applications) hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in seinem Module-TEC eine industrienahe Fertigungslinie implementiert, um Solardachziegel mit Matrix-Schindeltechnologie herzustellen. Die 450 mal 510 Millimeter großen PV-Dachziegel bestehen aus einem Glas-Glas-Modul mit TOPCon-Solarzellen, die in einer Schindel-Matrix verschaltet sind.
Bei der farblichen Umsetzung sind verschiedene Varianten möglich. Installiert werden diese Solarziegel von dem Unternehmen Freesuns in Bestandsgebäuden in der Schweiz. „Unser Fokus bei dieser Produktentwicklung liegt auf Anwendungen für Bestandsbauten und insbesondere denkmalgeschützten Gebäuden«, erklärt John Morello, Gründer und CTO von Freesuns.
