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News  – Nachrichten aus der Energieforschung

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Die Fassade des neuen Institutsgebäudes des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) ist mit CIGS-Modulen ausgestattet.
© ZSW – Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoffforschung, Baden-Württemberg
Gebäudeintegrierte Photovoltaik – BIPV
24.07.2018

Farbige Demo-Solarmodule, präsentiert im ISE-Jahresbericht 2017/2018
© Fraunhofer ISE

Detailansicht des ZSW-Institutsgebäudes mit CIGS-Modulen
© ZSW – Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoffforschung, Baden-Württemberg

Bei geringem Betrachtungsabstand werden die Solarzellen unter den farbigen Deckgläsern sichtbar.
© Fraunhofer ISE

CIGS-Dünnschicht-Module verschönern Hauswände

Um bis 2050 das Ziel zu erreichen, den deutschen Energiebedarfs nahezu vollständig regenerativ zu decken, sollen auch Fassaden und teilverschattete Flächen zur photovoltaischen Stromerzeugung genutzt werden. Die für gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) einsetzbaren Module müssen hohe Anforderungen erfüllen, sowohl hinsichtlich Erscheinungsbild als auch bei Leistung und Kosten. So fassen die Experten in ihren Empfehlungen für das 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung den Handlungsbedarf zusammen.

Photovoltaik-Fassadensysteme, auch unter dem Begriff BIPV (building-integrated photovoltaics) bekannt, können die für wirtschaftliche Stromerzeugung nutzbare Fläche ausweiten. Ausgehend von Studien geht das Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) von einer Fläche aus, die etwa zehn Prozent der wirtschaftlich nutzbaren Dachfläche in Deutschland entspricht. Zwar sind gebäudeintegrierte teurer als Aufdach-Module; das relativiert sich jedoch, wenn die Kosten einer konventionellen Gebäudehülle gegengerechnet werden.

Photovoltaik-Fassadensysteme im Gebäudebestand haben insbesondere die dort bestehenden wechselnden Lichtverhältnisse und Verschattung zu bewältigen. Hierfür sind noch weitere Entwicklungsarbeiten notwendig, um Module und Systeme an diese speziellen Bedingungen für die Integration in Gebäudefassaden anzupassen. Solarfassaden mit einer Amortisationszeit von zehn Jahren sind so möglich.

Fassadenintegrierte CIGS-Dünnschicht-PV-Systeme

Forscher wollen ein schattentolerantes CIGS-Dünnschicht-Modul entwickeln, das die speziellen Einstrahlungsbedingungen an Gebäudefassaden besser nutzen kann. Ihr Ziel ist es, Ertrag und Montagefreundlichkeit zu verbessern und flexible Modulgrößen zu realisieren. Gemeinsam verfolgen Forscher vom ZSW, der Hochschule für Technik Stuttgart – Zentrum für angewandte Forschung – Kompetenzzentrum Nachhaltige Energietechnik (zafh.net) und dem Modulhersteller NICE Solar Energy GmbH das Ziel, CIGS-Dünnschicht-Systeme für Fassadenanwendungen marktreif zu machen.

Dabei sind viele unterschiedliche Bedingungen zu berücksichtigen: Die Module für die Fassadenanwendung müssen nicht nur statischen Anforderungen genügen. Sie müssen außerdem spezielle Kriterien hinsichtlich Sicherheit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit erfüllen, die durch Verschattung der Fassaden entstehen. Diese Anforderungen gelten ebenso für Komponenten wie Wechselrichter. Außerdem soll die Abwärme der Fassaden als Quelle für Wärmepumpen dienen. Weiteres Ziel ist, das Fassadensystem im Sommer zur natürlichen Belüftung zu nutzen.

Das ZSW erhebt die Betriebsdaten der CIGS-Testfassade an seinem neuen Institutsgebäude in Stuttgart. Es verwendet sie bei der Simulation des energiewirtschaftlichen Potenzials von CIGS-Fassadensystemen.

Standard-BIPV-Fassade

Im Projekt Standard-BIPV arbeiten Forscher von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) an der Entwicklung einer vorgefertigten Standard-BIPV-Fassade für die energetische Sanierung des Gebäudebestandes. In diesem Zusammenhang führten sie eine detaillierte Analyse des Gebäudebestands in Deutschland durch. Ziel war es, Bauwerkskategorien zu identifizieren, die mit vorgefertigten und standardisierten BIPV-Fassaden renoviert werden können. Ein Schwerpunkt waren Industriehallen, die in Deutschland auf eine Fassadenfläche von über 100 Mio. m2 kommen.

Fassadengestaltung durch farbige PV-Module

Bei Solarzellen für Fassaden spielt neben der Effizienz die farbliche Gestaltung eine wichtige Rolle. Mit einem neuen Beschichtungsverfahren wird eine große Farbvielfalt für Solarmodule möglich, ohne größere Leistungsverluste zu verursachen.

Bisher standen nur wenige Farben für Solarzellen oder Deckgläser zur Auswahl, die auch noch den Wirkungsgrad relativ stark beeinträchtigten. Das Team „Innovative Beschichtungen" am Fraunhofer ISE entwickelten eine neue Beschichtung für die Deckgläser von PV-Modulen. Die farbige Beschichtung auf der Rückseite des Deckglases bewirkt lediglich einen Leistungsverlust von etwa 7%, verglichen mit unbeschichteten Deckgläsern. Die Farbschicht auf BIPV-Modulen überdeckt die sonst sichtbare Struktur des Moduls. Sie vereint hohe Sättigung, gute Winkelstabilität des Farbeindrucks und nur geringfügigem Wirkungsgradverlust. Die Schicht lässt sich mit kostengünstigen industriellen Beschichtungsprozessen fertigen. Inzwischen arbeiten die Forscher gemeinsam mit Modul- und Glasherstellern daran, das Herstellungsverfahren zu verbessern und an einen industriellen Produktionsmaßstab anzupassen.

Bei der Oberflächengestaltung orientierten sich die Forscher an der dreidimensionalen Oberflächenstruktur der Flügel des Morpho-Schmetterlings. Bei diesem bewirken Lamellen in Nanometermaßstab die leuchtend blaue Färbung. Diese reflektieren das einfallende Licht, die Reflexionen verstärken sich gegenseitig. Zugleich bleibt diese Struktur durchlässig für andere Wellenlängen. Durch Veränderung der Abstände zwischen den Lamellen erreichen die Forscher eine kräftige Färbung bei hoher Lichtdurchlässigkeit.

(gh)

Merkzettel

Adressen

Projektleitung CISG-Fassade
ZSW Baden-Württemberg

Projektleitung Standard-BIPV
Fraunhofer ISE

CIGS-Solarzellen

CIGS-Solarzellen bestehen aus einem nur wenige Mikrometer dünnen Schicht aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (abgekürzt CIS oder CIGS). Bei der Herstellung werden die Funktionsschichten Kontaktflächen, Absorber und weitere Zwischenschichten in integrierten Prozessen auf Glasscheiben abgeschieden. Darauf kommt eine zweite Glasplatte, dann ist das Solarmodul komplett.

Links

BIPV
Allianz Bauwerksintegrierte Photovoltaik

Solar Age
B2B-Portal mit Datenbank für solare Gebäude

AG 6 - Adaptive und aktive Gebäudehüllen
Arbeitsgruppe des Forschungsnetzwerks Energie

Smart Green Tower
Projektpräsentation auf der Website ENERGIEWENDEBAUEN

ENERGIEWENDEBAUEN
Projekte, Berichte, Nachrichten
und Analysen aus der Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesen Projekten:

CIGS-Fassade
Standard-BIPV
BIPV-Fab