Solarzellen für zukunftsweisende Fassaden

In die Fassade des Kulturhauses Milbertshofen wurde das auf Dünnschicht-Modulen basierende Photovoltaikglas Voltarlux von Arnold Glas verbaut.
Bilder: Arnold Glas

Dünnschicht-Solarzellen lassen sich sehr gut in Glasfassaden intergrieren. Sie produzieren auch ohne direkte Sonneneinstrahlung Strom und können zudem als Verschattung eingesetzt werden.

Dünschicht-Solarzellen sind nur 3 bis 5 µm dick und damit 50- bis 100-mal dünner als ein menschliches Haar, aber dennoch sehr effizient. Bis zu 60 Kilowattstunden elektrischer Energie können sie pro Quadratmeter und Jahr erzeugen. Im Bereich der solaren Architektur eröffnen die hauchdünnen Solarzellen ein viel versprechendes Einsatzpotenzial, denn sie lassen sich unauffällig in Fassaden oder Glasdächer integrieren und bieten neben der umweltfreundlichen Stromproduktion auch noch einen effektiven Sonnenschutz.

Wachsender Marktanteil

Nach Prognosen der Münchner iSuppli Deutschland GmbH wird der Marktanteil von Dünnschicht-Solarmodulen bis 2011 von zehn auf 18 Prozent steigen. Der Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau e.V. sagt sogar voraus, dass Strom aus Dünnschichtmodulen im Jahr 2010 genauso viel kosten wird wie Strom aus konventionellen Kraftwerken. Damit steht der Technologie eine rosige Zukunft bevor. Der baden-württembergische Glasveredler Arnold Glas verbucht nach eigenen Aussagen bereits jetzt mit Voltarlux, einem Glas, das gleichzeitig Energielieferant und Schattenspender ist, beachtliche Erfolge. Ein aktuelles Anwendungsbeispiel für Voltarlux ist das Münchner Kulturhaus Milbertshofen. Die in die Glasfassade integrierten Dünnschicht-Solarzellen produzieren durchschnittlich 3.000 Kilowattstunden Energie pro Jahr.

Deutlich leichter als herkömmliche Module

Voltarlux wurde von Arnold Glas gemeinsam mit dem Dünnschichtmodul-Spezialisten von SCHOTTsolar entwickelt. Wie ein Film wird eine dünne Schicht aus amorphem Silicium, dem gängigsten Material für Dünnschichtzellen, mittels Plasmaverfahren auf eine Glasscheibe aufgebracht. Da das Fensterglas den Dünnschicht-Modulen als Trägermaterial dient, ist kein weiterer Stabilisator notwendig. Die Dünnschicht-Module sind daher mit einem Gewicht von 20 bis 30 mg/m² um ein Vielfaches leichter als wafer-basierte Module, die als Scheiben (wafer) aus einem Silicium-Barren herausgesägt werden und bis zu 1 kg/m² schwer sein können.

Stromproduktion ohne direkte Sonneneinstrahlung

Der Wirkungsgrad der auf amorphen Silizium basierenden Dünnschicht-Solarzellen ist mit rund 5 bis 7 Prozent zwar derzeit noch niedriger als der von Dickschicht-Modulen mit monokristallinem Silicium (12-14 %) oder multikristallinen Silicium (10-12%), aber in aktuellen Labortests mit weiter optimierten Beschichtungen wurden bereits 10 Prozent Wirkungsgrad erreicht. Fachleute gehen davon aus, dass sogar ein Wirkungsgrad von 12 Prozent möglich ist. Damit lägen die Dünnschichtmodule nahezu auf dem Niveau von Dickschicht-Solarzellen. Ein weiterer Vorteil: Dünnschichtzellen produzieren auch bei nicht vorhandener direkter Sonneneinstrahlung Strom und sind kaum temperaturabhängig. Während herkömmliche, wafer-basierte Module nur bei bestmöglicher Sonneneinstrahlung und einem Neigungswinkel von 35 Grad optimale Leistung erbringen, sind die Dünnschichtmodule auch bei einem Neigungswinkel von weniger als 10 Grad noch voll leistungsfähig. Insbesondere in Deutschland und anderen nordeuropäischen Ländern bieten sie damit optimale Voraussetzungen. Der Kostenfaktor spricht ebenfalls für die Dünnschicht-Technik: „Die Produktionskosten für Dünnschichtmodule liegen 2008 zwischen 65 Cent und 1,30 Euro je Watt Leistung“, so Dr. Hennig Wicht, Senior Director der Firma iSuppli Deutschland. „Schon 2009 werden die Kosten aber rund 10 Prozent niedriger sein.“ Grund hierfür sei vor allem eine Leistungssteigerung der Module.

Die hauchdünn auf das Glas aufgebrachten Solarzellen sind erst aus der Nähe zu erkennen.

Als Verschattung geeignet

Das Solarglas, wie es von Glas Arnold und SCHOTTsolar entwickelt wurde, besitzt einen weitere nützliche Eigenschaft: Die Solarmodule absorbieren einen Teil der Sonneneinstrahlung und lassen nur etwa zehn Prozent des Lichts durch die Scheibe nach innen. Was zunächst nach wenig klingt, entspricht in der Praxis Tageslichtverhältnissen mit einem angenehmen Verdunkelungseffekt. Der Blick von innen nach außen ist nahezu hindernisfrei möglich. In Kunsthäusern und Museen ist dieser integrierte Beschattungseffekt der Solargläser von unschätzbarem Wert, da alte Gemälde und Kunstdrucke vor intensiver Lichteinstrahlung geschützt werden müssen.

Auch bei Privathäusern, die in der Regel deutlich weniger Fläche zu bieten haben als große öffentliche Gebäude, lohnt sich nach Aussage von Arnold Glas der Einbau von Dünnschicht-Solarmodulen. Eine großflächige Nutzung ist beispielsweise auf dem Dach möglich. Als Ersatz für die Dachziegel bergen die semitransparenten Dünnschicht-Solarmodule nicht nur eine völlig neue Ästhetik, sondern gewähren auch einzigartige Ausblicke auf den freien Himmel.

Solartechnik auf der glasstec 2008

Die glasstec 2008 mit dem Motto "Glas und Energie" bietet einen weitreichenden Einblick in die Fortschritte und Möglichkeiten der Dünnschichttechnologie. Neben Arnold Glas (Halle 11, Stand B26) werden eine Reihe weiterer Unternehmen und Institutionen ihre neuesten Entwicklungen auf der wichtigsten interantionalen Fachmesse der Glasbranche präsentieren. Hochinteressant ist in diesem Zusammenhang auch der Architekturkongress, der am 24. Oktober unter dem Motto "Transparenz! - Glas- und Fassadentechnologie" begleitend zur glasstec im CCD Ost der Messe Düsseldorf stattfindet.