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Was sind transparente Solarmodule und welche Eigenschaften haben Sie?

Über diesen Artikel

Lesezeit

4 Minuten

Veröffentlichung

26.June 2021

Letztes Update

30.11.2021

Transparente Solarmodule könnten Fenster zu Kraftwerken machen

Glasflächen machen bei vielen Gebäuden einen großen Teil der Fassade aus. Transparente Solarmodule könnten verglaste Flächen künftig für die Erzeugung von Strom nutzbar machen.

Inhalt des Blogartikels

Welche Eigenschaften haben Solarmodule für Photovoltaik im Allgemeinen?

Herkömmliche Solarmodule sind das Herz jeder Photovoltaikanlage (PV-Anlage). Solarmodule werden normalerweise auf dem Dach, seltener direkt an der Fassade montiert, um Strom mithilfe von kostenlosem Sonnenlicht zu erzeugen. Der Wirkungsgrad von Solarzellen ist umso höher, je mehr Licht in Strom umgewandelt werden kann. Dazu ist eine besonders dichte Anordnung von Solarzellen auf dem Trägermaterial gewünscht – denn Zwischenräume mindern den solaren Ertrag.

Die meisten Solaranlagen verwenden hierfür sogenannte kristalline Solarzellen, die hauptsächlich aus dem bekannten Halbleiter Silizium bestehen, das in mehreren Schichten auf dem Modul aufgebracht ist. Die einzelnen Solarmodule werden in Gruppen auf dem Dach beziehungsweise anderen geeigneten Flächen montiert. Sie weisen ein relativ hohes Gewicht auf, was durch eventuelle Unterkonstruktionen, zum Beispiel Aufständern zur Verbesserung des Einfallwinkels auf die Zellen, noch weiter steigen kann.

Organische Solarzellen ermöglichen die Herstellung von Solarfolien

Inzwischen gibt es aber auch organische Solarzellen, die Halbleiter aus organischen Molekülen oder sogar aus Polymeren verwenden. Ihr größter Vorteil ist neben dem geringeren Herstellungspreis das im Vergleich zu kristallinen Solarmodulen deutlich niedrigere Gewicht. Mittlerweile gibt es sogar solare Folien mit Dünnschichtmodulen, die auf die verschiedensten Baumaterialien wie Glas, Beton, Holz oder Stahl aufgeklebt werden können. Damit lassen sich Solarmodule auch an Fassaden anbringen, die nicht für normale PV-Anlagen geeignet sind.

Insbesondere bei Problemen mit der Statik spielen die organischen solaren Zellen ihren Trumpf des niedrigeren Gewichts aus. Der vergleichsweise geringe Wirkungsgrad kann mithilfe eines entsprechend großflächigen Einsatzes oft wettgemacht werden.

 

Warum sind transparente Solarmodule so schwierig zu bauen?

Der Einsatz von Folien bei der Photovoltaik, um solaren Strom zu erzeugen, ist noch die Ausnahme. Allerdings gibt es immer mehr Gebäude, an denen die Variante der Fassaden-Solaranlage mittels solcher Folien realisiert wird. Auch der Einsatz von Solarglas ist möglich, wenn in etwa ohnehin ein guter Sonnenschutz gewünscht ist.

Soll jedoch weiterhin Tageslicht in die Räume fallen, wird es schwierig. Denn transparente Solarmodule waren bisher entweder nur mit unnatürlichen Einfärbungen zu bekommen oder wiesen einen recht niedrigen Grad an Transparenz auf, der mit echter Durchsichtigkeit nicht viel zu tun hat. Außerdem widerspricht die Idee der Transparenz der eigentlich gewünschten, möglichst großflächigen Umwandlung des Sonnenlichts in Strom.

Was sind semitransparente Solarmodule?

Viele Hersteller bieten unter dem Label „transparent“ sogenannte semitransparente oder halbtransparente Module für die Photovoltaik an. Dabei handelt es sich aber zumeist um klassische Solarzellen, die einfach mit größeren Abständen zueinander aufgebracht werden. Durch die Abstände fällt mehr Licht durch das Glas.

Gleiches gilt für Varianten mit gepunkteten Rasterflächen und ähnlichen Mustern. Dabei wird das Mehr an Lichtdurchlässigkeit immer durch eine erhebliche Einbuße bei der Stromerzeugung erkauft. Zudem darfst du bei diesen Modulen keine Tageslichtdurchlässigkeit wie bei normalen Fenstern erwarten. Vielmehr gleichen sie vom Effekt her oft Streifenjalousien und ähnlichen Konstruktionen für den Sonnenschutz.

Solche semitransparenten Lösungen sind für Glasflächen interessant, die einen besonders hohen Sonnenstand abhalten sollen, etwa bei Vordächern, Carports, Gewächshäusern oder an Fassaden, die ansonsten einen zusätzlichen Sonnenschutz erfordern würden.

 

Wo liegen die Probleme von transparenten Solarmodulen?

Das Hauptproblem, das die Entwickler bei transparenten Modulen lösen müssen, ist der Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung. Denn je höher die Transparenz, desto geringer ist die solare Stromausbeute. Immer wieder gibt es Berichte über Forschungserfolge auf diesem Gebiet. Schon vor einigen Jahren wurden die ersten „völlig transparenten“ Solarzellen des Unternehmens Ubiquitous Energy in Pilotprojekten eingesetzt, die auf einem Forschungsprojekt des Massachusetts Institute of Technology (MIT) beruhen. Dabei wird eine aktive Photovoltaik-Schicht aus organischen Salzmolekülen für die Stromerzeugung verwendet.

Ihr großer Vorteil: Die Zellen wandeln einen unsichtbaren Teil des ultravioletten und infraroten Lichtspektrums in Elektrizität um, sodass die für das menschliche Auge sichtbaren Anteile weitgehend erhalten bleiben. Die absorbierten Lichtanteile werden am Rand der organischen Schicht zu Solarzellen geleitet, die den eigentlichen Strom erzeugen. Solche wirklich transparenten Solarmodule kommen im Gegensatz zu vielen anderen Entwicklungen ohne rötliche oder bläuliche Einfärbung aus und erscheinen wie normales Fensterglas.

Die Kehrseite der Medaille zeigt sich jedoch im vergleichsweise geringen Wirkungsgrad der Zellen, denn der liegt je nach Vorgehensweise bei mageren 1 bis 5 Prozent. Zum Vergleich: Herkömmliche Solarzellen weisen einen Wirkungsgrad von 20 Prozent und mehr auf – bei bislang sehr viel niedrigeren Kosten bei der Herstellung.

Vorteile von transparenten Solarmodulen

  • bei nichtkristallinen Modulen geringeres Gewicht
  • höhere Transparenz für den vollwertigen Einsatz für Fensterglas
  • können auf großen Flächen genutzt werden, die ansonsten für die Stromerzeugung nicht zur Verfügung stehen
  • sehr flexibel einsetzbar
  • beeinträchtigen das architektonische Gesamtbild weniger als normale PV-Anlagen

Nachteile von transparenten Solarmodulen

  • derzeit noch nicht marktreif
  • bislang nur als teure Sonderanfertigungen erhältlich
  • immer noch deutlich geringerer Wirkungsgrad als nichttransparente Zellen

Haben die transparenten Solarmodule Zukunft?

Noch kannst du keine transparenten Solarmodule im großen Stil zu einem konkurrenzfähigen Marktpreis kaufen. Sonderanfertigungen gibt es bereits auf dem Markt zu entsprechend hohen Preisen. Die Forscher sind jedoch zuversichtlich, dass schon in wenigen Jahren der Durchbruch für die echte Marktreife erzielt werden kann.

Der geringere Wirkungsgrad ist dabei nur auf den ersten Blick ein Problem, denn solare Folien oder Fenster könnten auch solche Flächen nutzbar machen, die bislang für die Verwendung herkömmlicher Solaranlagen gar nicht zur Verfügung standen. Insbesondere bei Gebäuden mit großen Glasflächen (denke dabei nur einmal an Hochhäuser) kommen dabei viel mehr Quadratmeter an Fläche zusammen als bei alleiniger Nutzung der gesamten Dachfläche. Insofern würde die schiere Masse an transparenten Solarmodulen den geringeren Wirkungsgrad letztlich mehr als ausgleichen.

Doch bei sinkenden Herstellungskosten könnten auch im privaten Bereich schon bald transparente Solarmodule Glasdächer, Wintergärten und Fensterelemente bereichern. Hinzu kommen Anwendungsbereiche abseits von Gebäuden, etwa im Fahrzeugbau oder sogar bei Displays für Laptops und Smartphones.

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