Sonnenklar?

Die Produktpalette an erhältlichen Solarzellen- und Photovoltaiksystemen ist vielfältig. Dabei gibt es heute am Markt zwei gängige Arten von Solarzellen: Waferbasierte Zellen sowie Dünnschichtzellen. Bei der Produktion von auf Wafer basierenden Zellen aus Silizium wird ein sogenannter Ingot (Siliziumzylinder) in Quaderform hergestellt. Von diesem Quader werden dann dünne Scheiben heruntergeschnitten, die man Wafer nennt. Diese lassen sich wiederum mit Kontaktfingern und Leiterbahnen ausstatten, wodurch sie zu Zellen werden. Diese Zellen werden dann zu Laminaten (ungerahmten Modulen) weiterverarbeitet.

Entweder werden aus ihnen EVA*-Folien-Laminate (Aufbau: Weißglas/EVA-Folie/Zellen/EVA-Folie/Tetla-Laminat-Folie) oder VG-Folien-Laminate (Aufbau: Weißglas/EVA-Folie/Zellen/EVA-Folie/Weißglas) hergestellt.

Noch relativ neu am Markt sind Dünnschicht-Zellen, die in einem speziellen Plasmaverfahren hergestellt werden. Dünnschicht-Laminate werden als Verbundglas-Laminat (Aufbau: Weißglas/Dünnschicht/EVA-Folie/Weißglas) oder als Isolierglas-Laminat (Aufbau: Weißglas/Dünnschicht/Abstandhalter/Weißglas) gefertigt.

Laminate, beider Arten sind so ausbaufähig, dass sie in allen Bereichen, eingesetzt werden können, in denen Flachglas verwendet wird.

Herstellung mittels ESG, Floatglas und Folien

Viele PV-Laminathersteller verzichten bei der Produktion auf gewöhnliches Weißglas und verwenden prinzipiell ESG-Weißglas. Zum einen steigert ESG-Weißglas die statischen Werte des PV-Laminats zum anderen muss man die Gefahr eines thermischen Glasbruchs (Hitzesprung) kaum in Betracht ziehen. Eine Reihe von PV-Laminatherstellern verwendet anstelle einer EVA-Folie eine PVB-Folie (Poly-Vinyl-Butyral), wodurch das ­PV-Laminat dieselben Eigenschaften wie VSG aufweist. Das erfordert allerdings entsprechende Erfahrung in der VSG-Herstellung, vor allem bei der Einstellung des Autoklaven, damit die PV-­Laminate bei einem Druck von 14 bar und bei einer Temperatur 140°C keinerlei Beschädigung erfahren.

Das richtige System für jede Aufgabe

Wie jedes Produkt haben auch die verschiedenen Glas-Glas-PV-Module und -Systeme Vor- und Nachteile und die Transparenz der PV-Module stellt hohe Anforderungen.

Gegenüber Wafer basierenden Zellen hat die Dünnschichttechnologie einen Vorteil, da sie eine vollflächige Sicht ermöglicht. Dafür ist die Transparenz nicht variabel (je weniger eine Fläche Licht absorbiert und reflektiert, umso höher ihre Transparenz). Demgegenüber haben Zellen, die auf Wafern basieren, wiederum einen recht großen Spielraum.

Für Scheiben mit PV-Modulen fallen noch zusätzliche Arbeiten an wie beispielsweise Kabel verlegen. Darüber hinaus werden Wechselrichter und Stromzähler benötigt, einschließlich Montage/Anschluss. Die Anschaffung von PV-Modulen ist für den Endverarbeiter kostenintensiv aufgrund der hohen Herstellungskosten. Da die Nachfrage das Angebot bei weitem übertrifft, haben die Laminathersteller beim Einkauf der Zellen nur relativ wenig Verhandlungsspielraum.

Positiv ist aber, dass die Anschaffung und der Einsatz von PV-Modulen in vielen Ländern vom Staat teils stark gefördert wird. Gegenüber „herkömmlichen Scheiben“, die nur passive Energiezugewinne erlauben, wirken sich Scheiben mit integrierten PV-Modulen sehr positiv auf den Energiehaushalt aus, da der Verbraucher aktiv Energie gewinnen kann. Er wird damit zudem ein Stück unabhängiger von der Energiebranche. Der Zeitraum für den die Hersteller eine Garantie auf die Leistungsfähigkeit ihrer Produkte geben liegt bei 20 Jahren. So müssen die Zellen nach dieser Zeit noch 80 % ihrer Leistung erbringen, die sie zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme hatten.

Die Stromgewinnung ist aber nicht der einzige Aspekt, der für den Einsatz von Glas-Glas-PV-Modulen bei Fassaden und Dächern spricht: Diese Systeme lassen sich zudem auch für den Sonnenschutz nutzen. Die einfallenden Sonnenstrahlen werden dabei nicht nur reflektiert, sondern in erster Linie absorbiert (und wie beschrieben in elektrische Energie umgewandelt). Durch verschiedene Zellendesigns lässt sich der Grad der Abschattung variieren und anpassen. Gerade Büroarbeitsplätze können so effizient vor Blendung und erhöhter Raumtemperatur geschützt werden.

Ausblick

Die (dezentrale) Gewinnung von Energie durch intelligente Systeme zählt in der Baubranche zu den wichtigsten Zukunftsthemen. Wären wir in der Lage etwa 0,01 Prozent der Energie des Sonnenlichts zu nutzen, könnten wir damit heute den gesamten Energiebedarf der Menschheit decken. Um sich diesem Ziel anzunähern, kommt dem Einsatz von Photovoltaik bei der Entwicklung und Gestaltung von Fassaden und Dächern aus und mit Glas künftig eine wachsende Bedeutung zu. Dabei sind die heutigen Möglichkeiten bei Weitem noch nicht ausgeschöpft. —

* Ethylen-Vinyl-Acetat

Photovoltaik (Photo = Licht, Volt = Spannung) bedeutet die direkte Umwandlung von Licht ­in elektrische Energie mit Hilfe von Solarzellen. Diesen Prozess nennt man den photovoltaischen Effekt. Er beruht darauf, dass das Sonnenlicht in einem Halbleitermaterial eine elektrische Spannung verursacht, die als elektrischer Strom abgenommen werden kann.

Dieser Effekt wurde bereits 1839 entdeckt, wobei es erstmals 1954 gelang, mit Siliziumzellen (Wirkungsgrad rund 4 Prozent) Energie zu produzieren. Gegenwärtig lassen sich mit Standardzellen auf bis zu 21 Prozent erreichen. Es laufen heute aber schon Entwicklungen bei denen der Wirkungsgrad der Zellen bei über 50Prozent liegt.

Der angehenden Glas- und Fensterbautechniker Andreas Kreft studiert an der staatlichen Glasfachschule Hadamar. Seine Ausbildung absolvierte er bei der Glas Henrich GmbH, die er erfolgreich als Landessieger im Berufszweig Verglasung und Glasbau abschloss.

Die Technikerklasse des 1. Jahrgangs behandelt unter Dozent Franz Jörg Dall in einer GLASWELT-Serie aktuelle Glasthemen.