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Echte Farben: Solarmodule zur Verschönerung von Gebäudeaußenflächen

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Photovoltaik-Module, die durch eine von Schmetterlingsflügeln inspirierte Technologie in einem Spektrum von Einzelfarben hergestellt werden können, werden vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) entwickelt.

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Das Ziel, erklärt Dr. Thomas Kroyer, Leiter der Gruppe Beschichtungstechnik und -systeme bei der Organisation, ist es, Solarmodule ästhetisch ansprechender zu gestalten, um Designer zu ermutigen, sie in Gebäude einzubauen

"Wir sehen ein großes Potenzial für diese Paneele in der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV). BIPV ist eine Technologie, die die CO2-Bilanz eines Gebäudes deutlich verbessern kann, im Idealfall bis hin zu einem Null-Energie- oder Plus-Energie-Gebäude."

Schmetterlingsflügel

Bei BIPV werden Photovoltaik-Module anstelle von herkömmlichen Baumaterialien in Bereichen wie Dächern, Dachfenstern und Fassaden eingesetzt. Doch trotz der Vorteile und der in letzter Zeit verbesserten Ästhetik von Solarmodulen sind Photovoltaik-Module bei Bauherren, Planern und Architekten immer noch kein beliebtes Gestaltungselement

Die Module des Fraunhofer ISE verbinden jedoch Funktionalität mit Schönheit und werden in einer Reihe von Farben erhältlich sein, um das Gebäude, auf dem sie montiert werden, zu verschönern oder mit ihm zu verschmelzen, erklärt Dr. Kroyer:

"Herkömmliche Verfahren zur Einfärbung von Solarzellen oder Deckgläsern bieten eine begrenzte Auswahl an Farben und haben einen entscheidenden Nachteil - nämlich vergleichsweise hohe Energieverluste. Unser Verfahren erzeugt farbige Module mit minimalen Transmissionsverlusten und damit minimierten Einbußen im Energieertrag."

Bei dem Verfahren des Fraunhofer ISE wird auf der Rückseite des Photovoltaikglases eine Schicht aus dielektrischen Materialien aufgebracht, die eine photonische 3D-Struktur aufweist

"Diese Struktur ist inspiriert vom Morpho-Schmetterling, dessen leuchtend blauer Flügel nicht wie bei anderen Schmetterlingen durch Pigmente entsteht, sondern durch eine Oberflächenstruktur mit Lamellen [eine dünne Schicht organischen Gewebes] im Nanometerbereich. Die Miniatur-Lamellen, die nur unter dem Elektronenmikroskop zu sehen sind, bewirken, dass sich das Licht bricht und interferiert. Die vielen Lamellen reflektieren Licht einer bestimmten Wellenlänge, in diesem Fall blau; die Reflektionen verstärken sich gegenseitig, so dass eine wirklich brillante Farbe entsteht."

Lichtdurchlässigkeit

Der besondere Clou an dieser Struktur ist, dass sie für die anderen Wellenlängen transparent bleibt. Sie ist daher ideal, um brillante Farben zu erzeugen und gleichzeitig eine hohe Lichttransmission zu erhalten. Im Vergleich zu unbeschichtetem Deckglas weisen die farbigen Module einen relativen Leistungsverlust von nur sieben Prozent auf, eine im Bausektor einzigartige Effizienz. Durch die Einstellung des Abstandes zwischen den Lamellen innerhalb der 3D-Struktur auf der Glasoberfläche lassen sich Farbtöne festlegen, so dass jede beliebige Farbe hergestellt werden kann, so Dr. Kroyer:

"Je komplexer die verwendete photonische Struktur ist, desto besser ist die Qualität der Farbe, z. B. in Bezug auf die Winkelstabilität, und die Effizienz."

Die Prototypen sollen noch in diesem Jahr produziert werden. Die Panels könnten 2022 auf den Markt kommen.

"Die größte Herausforderung im Projekt ist es, einen Kompromiss zwischen dem Produktionsaufwand - Kosten und Zeit - und der Farbwirkung zu finden. Unser aktueller Forschungsschwerpunkt ist es, den bestmöglichen Farbeffekt zu einem vernünftigen Preis für die Solarmodulhersteller zu erreichen."