In den Jahren 2023 und 2024 wurden in Deutschland nach Angaben der dena jeweils mehr als 10 Gigawatt Solarstrom-Erzeugungskapazität zugebaut. Nach Erhebungen des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme könnten in den verfügbaren Dach- und Fassadenflächen Deutschlands bis zu 1.000 Gigawatt peak (GWp) installiert werden, der PV-Bedarf in einem vollständig erneuerbaren Energiesystem wäre schon mit rund 500 GWp erreicht.
Erneuerbare Energie ist die wichtigste Quelle für den wachsenden „Stromhunger“, auch im sich wandelnden Wärme- und Mobilitätssektor – vor allem über Windenergie und Photovoltaik, auch wegen der vergleichsweise geringen Erzeugungskosten. Das weitaus größte Wachstumspotenzial bei der Photovoltaik bietet die Gebäudehülle mit ihren großen nutzbaren Flächen, die, mit Photovoltaik ausgestattet, vor allem die Energieversorgung in Städten nachhaltiger gestalten würden.
Solare Gebäudehüllen senken die CO2-Emissionen des Gebäudesektors erheblich, bieten Verschattung, vermeiden Netzausbaukosten und erbringen nachhaltige lokale Wertschöpfung. Einer der Gründe, warum BIPV vor allem in der Vertikalen noch immer zu selten eingeplant wird, dürfte die mangelnde Gestaltungsfreiheit bei der Ästhetik der Module sein. Architektonische Gläser mit integrierten Photovoltaikzellen (zum Beispiel Sunplus BIPV, Pilkington) erlauben zwar bereits seit einigen Jahren das Spiel mit Mustern, farbliche Gestaltungsmöglichkeiten von hocheffizienten BIPV-Modulen gab es bislang jedoch kaum:
„Nach meinem Verständnis braucht es für einen stärkeren Ausbau der bauwerkintegrierten Photovoltaik, insbesondere in der Fassade, mehr Möglichkeiten, Farbe und Abmessungen der Module an die gewünschte Geometrie und Ästhetik des Gebäudes anzupassen“,
erklärt Prof. Dr.-Ing. Ulrich Knaack, Fachgebietsleiter Fassadentechnik an der Technischen Universität Darmstadt und Leiter des Lehrstuhls „Design of Construction” an der TU Delft. „Die Ästhetik der Fassade bestimmt die Ästhetik der Module. Und andersherum: Durch farblich individualisierbare Module können Architekten die Ästhetik von Fassaden gestalten. Wir müssen BIPV-Fassadenteile wie Ziegel, Klinker oder Designpaneele verstehen: Hier können wir aus einer Vielzahl an Oberflächen, heute auch Größen, wählen und diese auch in individuellen Mustern einsetzen – mit dem Ziel einer gewünschten Individualität.“ Ein Hindernis auf dem Weg zur farblichen Individualisierung war bislang vor allem der vergleichsweise geringe Wirkungsgrad von gestalteten Modulgläsern, verglichen mit herkömmlichen schwarzen Modulen.
Farbige BIPV für die Gestaltung von Fassaden
Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE arbeitete bereits seit einigen Jahren an einer Lösung, die nun auch in großen Mengen und für beliebige Modulabmessungen marktreif ist. Dr. Thomas Kroyer, der am Fraunhofer ISE forscht, entwickelte mit seinem Team die patentierte „MorphoColor“-Technologie: Anders als Farbpigmente oder farbige Folien, die das Modul zum Teil stark abschatten erzeugt das Institut die gewünschte Farbe durch eine Interferenzschicht, die es ermöglicht, einzelne Wellenlängen des Sonnenlichts genau zu selektieren und optisch zurückzuwerfen, um eine intensive Farbgebung zu erzeugen. Für das große restliche Spektrum des Sonnenlichts bleibt das Glas durchsichtig und die Energieverluste gering. Kroyer erläutert:
„Es gibt viele gut geeignete Flächen in Dach und Fassade, wo man Photovoltaik sinnvoll integrieren kann. Mit unserer Lösung geben wir den Architekten die Freiheit, PV-Module zur Gestaltung einzusetzen. Alternativ kann die PV-Funktionalität auch ganz versteckt werden. Meist kann man aus der Nähe noch dezent erkennen, dass es sich um PV-Module handelt, aber aus wenigen Meter Entfernung sieht man den Unterschied zu normalen Fassadenplatten nicht mehr.“
Farbige PV-Module mit der MorphoColor-Beschichtung erbringen exzellente 90-96 Prozent der Leistung eines vergleichbaren schwarzen Moduls, je nach Farbe: „Bei herkömmlichen Solarmodulen wird der Großteil der Energie von auftreffenden Photonen des langwelligen roten Lichts in Strom verwandelt. Das kurzwellige blaue Licht wird hingegen nur zu einem kleineren Teil genutzt. Daher ist der Stromverlust geringer, wenn man blaues Licht reflektiert als beispielsweise rotes Licht. Ein Modul mit einem blauen Abdeckglas hat also einen leicht besseren Wirkungsgrad (96 Prozent der Leistung eines schwarzen Moduls) als ein rotes (94 Prozent).“
Farbige Photovoltaik bietet nicht nur in der Fassade, sondern auch dort neue Möglichkeiten, wo man sie nicht gleich zuerst vermutet, nämlich im Denkmal- und Ensembleschutz. Kroyer: „Auf den Dächern entsprechend geschützter Gebäude war die Installation von Photovoltaik bislang schwierig. Rote Module hingegen fügen sich bei typischen roten Dacheindeckungen sehr gut ins Stadtbild ein.“ Um auch großformatige Abdeckgläser und umfangreiche Projekte realisieren zu können, entwickelte das Fraunhofer ISE ihre Technologie jetzt zur Marktreife, in Zusammenarbeit mit Lizenznehmer AGC Plasma, die die Coatings in Lauenförde für Farb-Homogenität und hohe Winkelstabilität in Magnetronsputter-Technologie aufbringen und neben dem Institut und Photovoltaik-Modulhersteller Axsun (bei Ulm) Förderpartner waren. Die Entwicklung wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Projekt „PVHide“ unterstützt. Das aktuellste und bislang größte Projekt mit MorphoColor-Technologie ist die Regenbogen-PV-Anlage auf dem Dach der Nordtribüne des Millerntorstadions in Hamburg, die LichtBlick SE federführend plante – in Regenbogenfarben.
(Marc Everling)
