ISFH entwirft BIPV-Fassadenmodule in Steinoptik

Forscher des Instituts für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) haben zwei verschiedene Techniken entwickelt, um eine Steinoptik in herkömmliche Solarmodulen zu integrieren. Diese sollen dann für gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV)-Anwendungen in Steinfassaden geeignet sein. „Mit unserem Ansatz ermöglicht die authentische, raue Steinoberfläche eine nahtlose Integration von Solarmodulen, auch für einen Betrachter, der aus nächster Nähe vor der Fassade steht oder sie berührt“, erklärte ISFH-Wissenschaftler Arnaud Morlier auf Anfrage von pv magazine. „Es ist möglich, Standardmodule von Erstausrüstern (OEM) zu verwenden und sie mit dem Frontstein zu Kosten zu versehen, die mit dem Glasdruck vergleichbar sind. Die Solarmodule könnten in kurzer Zeit für die Massenproduktion bereit sein, da die Steinmaserungen kommerziell verfügbar sind“, fügte er hinzu. Alle Arten von Silizium- oder Dünnschichtmodulen seien dafür geeignet.

Bei der einen Technik wird die vordere Glasscheibe der Module durch eine Platte in Steinoptik ersetzt, bei der anderen werden die Natursteinmaserungen direkt auf die vordere Glasscheibe laminiert. Die verwendeten Steinfurniere seien 1,5 Millimeter dünne Produkte auf Harzbasis, die mit Glasfasern und einer bis zu 0,5 Millimeter dicken Steinschicht verstärkt sind.

Die deutsche Forschergruppe konnte vier großflächige Module mit einer Größe von 1220 mal 610 Millimetern und einem Gewicht von jeweils 13 Kilogramm herstellen. Alle Module basieren auf bifazialen Heterojunction-Solarzellen mit einer Größe von 156 mal 156 Millimetern, die zwischen zwei Lagen einer Polyolefin-Verkapselungsfolie eingekapselt sind.

Nachdem mit einzelligen Laminaten Photovoltaik-Wirkungsgrade von bis zu 11,2 Prozent erzielt wurden, wurden größere Testmodule hergestellt. Einige Solarmodule seien durch Hinzufügen der Steinmaserung in einem einzigen Laminierungsschritt hergestellt worden, die anderen wurden zunächst wie herkömmliche Glas-Rückseitenfolien laminiert und dann sei im zweiten Schritt die Steinoptik laminiert worden. Dies zeigt dem ISFH zufolge, dass die Steinoptik sowohl auf einem bereits hergestellten Modul hinzugefügt oder während der Modulproduktion integriert werden kann.

Die verwendeten Steinfurniere und insbesondere die Harzschicht absorbieren Licht im UV- und sichtbaren Wellenlängenbereich. Diese Absorption kann durch den Einsatz optimierter Harze reduziert werden. Die natürlichen Muster in den Furnieren können jedoch zu erheblichen räumlichen Schwankungen des Fotostroms führen, was wiederum Hot Spots im Photovoltaik-Anlagenbetrieb verursachen kann, warnten die Wissenschaftler. Dieses Problem ließe sich jedoch lösen, indem die Homogenität der Transluzenz der Furniere vor der Laminierung überprüft wird. Eine weitere Lösung könnte in der Herstellung kleinerer Solarmodule bestehen, die eine angemessene Anpassung der Ströme innerhalb eines Modulstrangs ermöglichen.

Aufgrund dieser Inhomogenitäten erreichten die einzelnen Strings in den Modulen einen maximalen Wirkungsgrad von etwa 10 Prozent, während die modifizierten Module einen maximalen Wirkungsgrad von etwa 8,5 Prozent erreichten.  Zum Vergleich: Die für das Experiment verwendeten Module ohne Modifikation wiesen einen Wirkungsgrad von 20,7 Prozent auf. Diese Halbierung des Wirkungsgrads entspricht nach Angaben der ISFH-Forscher den Werten anderer Module, die mit anderen Färbetechniken wie gedruckten Bildern oder monochromen Interferenzbeschichtungen entwickelt wurden. Sie haben aber den Vorteil, dass sie ein „natürliches Gefühl und eine natürliche Oberflächenstruktur“ bieten. Darüber hinaus können die Solarmodule auch als Teilbeschattungswände oder halbtransparente Dachelemente verwendet werden.

Die beiden Techniken werden in dem Artikel „Photovoltaic Modules with the Look and Feel of a Stone Façade for Building Integration“ beschrieben, den die Forscher kürzlich in der Zeitschrift „RRL Solar“ veröffentlichten.