Solarmodule für Fassaden

Um das Potenzial von Gebäude-integrierten Photovoltaiksystemen, sogenannten „BIPV“ (Building Integrated Photovoltaics), weiter auszuschöpfen, suchen Planer und Ingenieure permanent nach neuen Möglichkeiten bzw. Lösungen, die es erlauben, PV-Systeme kosteneffi­zient in Glasfassaden und Dächern zu installieren.

Unterstützt wird dieser Trend von politischen Entscheidungen in den verschiedenen OECD-Staaten, die Einspeisung von Strom aus diesen Systemen ins öffentliche Stromnetz zu gestatten bzw. zu erleichtern. Verglichen mit den Netz- bzw. Strompreisen etablierter Anbieter ist Solarstrom heute noch zwei bis vier Mal teurer. Experten schätzen aber, dass Solarstrom innerhalb des nächsten Jahrzehnts ein wettbewerbsfähiges Niveau erreichen wird.

Hauptprobleme bei der Nutzung von Solarstrom aus Gebäuden oder Fassaden sind immer noch technische Gegebenheiten: Beschattung, Neigung oder Ausrichtung des Gebäudes sowie fehlende Standards bei der Gebäude-Anschlusstechnik.

Eine Lösung sind integrierte PV-Systeme in Fassaden und Glasdächern, die sowohl den Anforderungen an eine effiziente Ausnutzung der verfügbaren Flächen als auch ästhetischen Gesichtspunkten gerecht werden. Schon heute dürfen aus Sicherheitsgründen in vielen Staaten sogenannte „Über-Kopf-Verglasungen“, wie z.B. Fassadenverglasung, Glasdächer, Glastreppen oder Treppengeländer aus Glas, ausschließlich nur mit Verbundsicherheitsglas ausgeführt werden. Weiterhin spricht für VSG, dass PV-Module an sich bereits Glas-Verbundsysteme sind (in Glas eingekapselte Solarzellen). Eine ideale Ergänzung bietet das Harz Polyvinylbutyral (PVB), das bereits seit Jahrzehnten vorzugsweise in VSG als Zwischenfolie eingesetzt wird.

Verkapselung von Solarzellen

Für PV-Module gewähren Hersteller heute eine Lebensdauer von 20 Jahren und mehr – ein Ergebnis der Anstrengungen in den letzten Jahren, die Beständigkeit von Modulen und Solarzellen zu verbessern. Eine wichtige Komponente stellt dabei das Verkapselungsmaterial dar, das die eigentliche Solarzelle vor Beschädigung schützt und eine lange Lebensdauer garantiert.

Das derzeit favorisierte Material ist Ethylen-Vinyl-Azetat (EVA). Alternative Materialien sind z.B. Gießharze auf Acryl- oder Polyurethan-Basis.

Eine Alternative zu PV-Standardmodulen sind Doppelglas-Module, bei denen die Zellen in Trosifol Solar, einer PVB-Folie für PV-Systeme in VSG, verkapselt werden. Diese PVB-Folie der Kuraray hat über die letzten 10 Jahre eine beeindruckende Marktentwicklung gezeigt. Zudem hat PVB exzellente optische Eigenschaften, eine modifizierbare Glashaftung, eine hohe Schlagzähigkeit und eine sehr gute UV- und Temperatur-Beständigkeit.

Grundsätzlich zeigen sich die Unterschiede zwischen dem gummielastischen Elastomer EVA und dem weichen Thermoplast PVB beim Verhalten im Glasverbund. So benötigt man bei einem Verbund auf EVA-Basis eine Extralage Glas, um das gleiche Sicherheitsniveau wie beim Verbund mit PVB zu erreichen. PVB besitzt eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einwirkung und zeigt ein besseres Verhalten nach dem Glasbruch. Und genau diese Eigenschaften prädestinieren PVB für den Einsatz in PV-Modulen für Fassaden oder Dächer. Zudem stellt PVB eine kostengünstige Lösung dar und erlaubt dünnere – und damit leichtere – Verbundsicherheitsgläser.

Die Trosifol Solar PVB-Folie wurde speziell auf die PV-spezifischen Anforderungen von Solarzellen in PVB-Verbundsicherheitsglas hin entwickelt. Besonderen Wert wurde darauf gelegt, die zerbrechliche und druckempfindliche Solarzelle optimal zu verkapseln und dauerhaft zu schützen. Bedingung dafür war ein modifiziertes Viskositätsverhalten und die Oberflächenrauhigkeit der Folie, die im Laminiervorgang des Vakuum-Prozesses eine verbesserte Wirkung zeigt. Für größere Modul-Formate ist es nun möglich, dem Standard-Vakuumsack-Verfahren (Entlüftung) einen herkömmlichen Autoklaven-Prozess folgen zu lassen.

Hersteller von Photovoltaikmodulen und VSG in Europa arbeiten bereits eng zusammen und vermarkten PV-Systeme mit PVB-Folien. Der so entstandene Wissens-Transfer und die Nutzung bekannter ein- oder zweistufiger Laminierungsprozesse lassen nun auch die Produktion größerer PV-Systeme zu, als dies früher möglich war. Die effizientere Flächen-Ausnutzung im Vergleich zu bisher verwendeten Glasformaten reduziert den Preis von PV-Modulen und kann zukünftig für einen breiteren Einsatz erneuerbarer Energien aus Sonnenlicht sorgen.

Steigende Wirkungsgrade

Nicht nur die Formate nehmen an Größe zu, auch die Wirkungsgrade steigen. Mit 37,6 % Wirkungsgrad wandelten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg Sonnenlicht in elektrischen Strom um und schufen damit Anfang Juli 2008 einen neuen Europarekord. Das Ergebnis wurde auf Basis sogenannter „Konzentrator-Solarzellen“ aus III-V Halbleitern erzielt – Solarzellen, die bislang im Weltraum eingesetzt werden. Die laufenden Entwicklungen der Fraunhofer Forscher erlauben nun auch den kosteneffizienten Einsatz derartiger Solarzellen auf der Erde.

Dünnschicht-Technologie

Integrierte Photovoltaik-Technik in Gebäudefassaden und Dächern wird zukünftig – nicht nur in Deutschland – eine immer wichtigere Rolle spielen. Interessant wird dabei die Rolle des jüngsten Technologiesprungs sein: die Entwicklung und Großserieneinführung der Dünnschichttechnologie. In der Definition werden dabei dünne Schichten von Materialien (ca. 2 bis 3 Mikrometer) durch unterschiedliche Verfahren auf ein Substrat aufgebracht und anschließend bearbeitet. Diese Schichten auf Glas oder Metall fungieren als Solarzellen alternativ zu Zellen aus amorphem oder kristallinem Silizium. Den höchsten Marktanteil nimmt zurzeit das amorphe Silizium ein, das mit Wirkungsgraden zwischen 6 und 8 Prozent arbeitet. Kristallines Silizium, etwa mikrokristallines Silizium, erreicht in Kombination mit amorphem Sili­zium höhere Wirkungsgrade von bis zu 14 Prozent. Mit geringerem Wirkungsgrad dünnschichtiger PV-Module im Vergleich zu mono- oder polykristallinen Modulen (zwischen 12 und 16 Prozent), aber deutlich niedrigeren Kosten als bei kristallinen PV-Modulen, wird hier der breite Einsatz – auch im privaten Bereich – im kommenden Jahrzehnt erwartet. Für Planer eröffnen sich dadurch ganz neue Betätigungsfelder mit ungeahnten Möglichkeiten der Gestaltung von Fassaden und Glasflächen im Allgemeinen.—

Kontakt

Kuraray Europe GmbH

Division Trosifol

53840 Troisdorf

Tel. (0 22 41) 25 55-203 info.trosifol@kuraray.eu

• PVB ist bis zum Einsatz 4 Jahre lagerfähig (EVA nur 6 Monate)
• höhere Widerstandsfähigkeit gegen Eindrücke und fehlende Fließeigenschaften an den Kanten, damit keine Verunreinigung der Module im Laminierprozess
• reproduzierbarer Laminierprozess durch fehlende Vernetzung bei PVB bedingt durch die nicht erforderliche Vernetzung bei PVB
• Einsatz anderer, kosteneffizienterer Laminierprozesse
• besseres Langzeitverhalten bzgl. UV- und Temperaturbeständigkeit
• Kombinationen mit Geräuschreduzierenden/farbigen Folien möglich