Photovoltaik- und Solarthermie-Anlagen wirken an Gebäuden manchmal wie Fremdkörper. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat Beschichtungsverfahren entwickelt, mit denen Solarmodule mit einer farbigen Oberfläche bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad hergestellt werden können. Das Prinzip wurde dem Flügel des Morpho-Schmetterlings entlehnt.
Photovoltaik-Anlagen haben sich längst zu einer Standard-Technologie entwickelt, die mit etablierten Verfahren in großen Mengen preiswert hergestellt wird. Eines aber hat sich in all den Jahren nicht wirklich verändert: das Aussehen der Photovoltaik-Module als dunkelblau-schwarze Platten. Bei Bauherren und Architekten sind Photovoltaik-Anlagen als gestalterisches Element daher wenig beliebt. Dabei wäre es sinnvoll, nicht nur Dächer, sondern auch Fassaden mit Photovoltaik-Anlagen zu versehen, um die für die Energiewende notwendigen 2500 Quadratkilometer zusätzlicher Photovoltaik-Anlagen zu erreichen.
Blauer Morpho-Falter als Vorbild für farbige Solarmodule
Forscherinnen und Forscher vom Fraunhofer ISE in Freiburg haben deshalb ästhetische, farbige Module für Fassaden entwickelt, denen man ihren eigentlichen Zweck gar nicht mehr ansieht. »Die zündende Idee für die Entwicklung bestand darin, die Deckgläser der Module nicht mit Farbpigmenten einzufärben, sondern vielmehr den physikalischen Effekt des Schmetterlingsflügels nachzuahmen«, sagt Dr. Thomas Kroyer, Leiter der Gruppe Beschichtungstechnologien und -systeme. Denn beschichtet man Gläser mit Pigmenten, büßen diese viel von ihrem Wirkungsgrad ein, weil das Licht nicht mehr ungehindert eindringen kann.
Anders der Flügel des Morpho-Falters: Die im Regenwald Mittel- und Südamerikas lebenden Schmetterlinge erzeugen einen Farbeindruck nicht durch Pigmente, sondern durch eine mikrometerfeine Oberflächenstruktur auf der Flügeloberfläche, die gezielt einen engen Wellenlängenbereich, sprich eine Farbe, reflektiert. Den Fraunhofer ISE-Experten ist es gelungen, eine ähnliche Oberflächenstruktur durch einen Vakuumprozess auf die Rückseite des Deckglases ihrer Photovoltaik-Module aufzubringen. »Rund 93 Prozent des Lichts können diese Schicht durchdringen – nur etwa sieben Prozent werden reflektiert und lösen den Farbeffekt aus«, erläutert Thomas Kroyer.
Für eine noch ästhetischere Optik der Solarmodule haben die Fraunhofer ISE-Experten eine Montagemethode entwickelt, die an das Prinzip der Dachschindeln erinnert. Dafür werden Photovoltaik-Zellen in Streifen angefertigt und wenige Millimeter überlappend zu einem größeren Modul zusammengeklebt. So entsteht ein homogenes Ganzes ohne störende Zwischenräume oder sichtbare Kontaktdrähte. »Man kann aus verschiedenen Winkeln auf unsere geschindelten Photovoltaik-Module mit MorphoColor®-Beschichtung schauen – und trotzdem bleibt der homogene Eindruck.«
Auch Solarkollektoren werden bunt
Die im Vakuumverfahren bedampften Deckgläser lassen sich auch in Solarthermie-Kollektoren zur solaren Wärmezeugung integrieren. So kann man mit einer Fertigungslinie beide Produkte bedienen, und Photovoltaik- und Solarthermie-Module können künftig mit derselben Farbe versehen quasi unsichtbar nebeneinander montiert werden. Passt man den Farbton an das restliche Gebäude an, lässt sich eine farbliche homogene Fassade, die zugleich Strom und Wärme liefert.
Die geschindelten Module mit MorphoColor®-Beschichtung werden vom 13. bis 15. Januar 2021 auf der digitalen BAU als Exponat der Fraunhofer-Allianz Bau gezeigt.
Quelle: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
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