Reicht die Photovoltaik-Folie zur Stromerzeugung?
Sie sind leicht, biegsam und bruchsicher, kostengünstig, und flexibel einsetzbar. Reicht der Wirkungsgrad von Photovoltaik-Folien aus, um genügend Strom zu erzeugen?
Inhalt des Blogartikels
Photovoltaik-Folie: Eine passende Alternative zur Stromerzeugung?
Wer 2021 zum Thema Photovoltaik (PV) recherchiert, wird dabei nach wie vor auf die klassischen Photovoltaikmodule auf Anlagen treffen. Von diesen gibt es unterschiedliche Typen, die auf dem Dach oder an der Fassade angebracht werden können. Was aber, wenn du noch andere Flächen am Gebäude nutzen möchtest oder dein Dach nicht stark genug ist, um das Gewicht der Anlage zu tragen?
Eine Alternative, ist die Energieerzeugung durch eine Photovoltaik-Folie oder auch Solarfolie. Der folgende Beitrag erklärt dir unter anderem, was diese Folie genau ausmacht, worin ihre Vorzüge bestehen und wie hoch ihr Wirkungsgrad ist.
Was ist eine Photovoltaik-Folie?
Mit einer PV-Folie kannst du aus Sonnenlicht elektrischen Strom erzeugen. Grundsätzlich funktionieren sie wie kristalline Photovoltaik-Module: Die Basis für eine Photovoltaik-Folie ist ein dünnes und flexibles Trägermaterial, auf dem eine wenige Mikrometer dicke Schicht aus Solarzellen haftet. Die Solarfolien sind beispielsweise bis zu 1,3 Meter breit und 14 Meter lang. Sie können einfach auf Stahl, Beton, Glas oder andere Baumaterialien aufgeklebt werden.
Aufgrund ihres äußerst geringen Gewichts spielen statische Anforderungen der Anlage eine untergeordnete Rolle. Es handelt sich hier um die wohl dünnsten Solarzellen der Welt, die sämtliche – glatte und auch unebene – Flächen zu kleinen Kraftwerken verwandeln.
Bestandteile und Gewicht der Photovoltaik-Folie
Die dünnste Solarfolie besteht aus leichten Kunststofffolien und einer nur wenige hundert Nanometer dicken organischen Photovoltaikschicht. Bedingt durch den speziellen Aufbau wiegt die Folie weniger als 1 Kilogramm pro Quadratmeter, ist weniger als 1 Millimeter dick und lässt sich bis zu einem Radius von 10 Zentimeter biegen.
Weil die Folien so dünn sind, können sie zwischen Glasscheiben montiert werden. Abhängig vom Glasprodukt sind auch unterschiedliche Abmaße möglich. Eine Produktvariante eines Herstellers ist weniger als 2 Millimeter dick und hat ein Gesamtgewicht unter 2 Kilogramm pro Quadratmeter. Konventionelle Photovoltaik-Module wiegen ohne Unterkonstruktion bereits 15 bis 20 Kilogramm pro Quadratmeter. Der Biegeradius dieser Solarfolie beträgt 20 Zentimeter.
Anwendungsbereiche und Vorteile der Solarfolie
Der größte Vorteil von Photovoltaik-Folien gegenüber Anlagen ist deren flexible Einsetzbarkeit. Die Folie wird als Rollware produziert und lässt sich auf jeden glatten und fettfreien Untergrund, aber auch auf gebogenen Oberflächen aufkleben. Neben Dach und Hausfassade sind unter anderem diese Einsatzbereiche möglich:
- Abgerundete und wellige Dachformen
- Dächer mit geringer Tragfähigkeit
- Silos
- Glasfassaden
- Sonnenschutzdächer
- Pkw-Dächer
- Lkw-Anhänger
- Boote und Yachten
- Mobile Elektronikgeräte
- Zelte
- Rucksäcke
- Bekleidung
Durch die Flexibilität ergeben sich Vorteile der Montage: Die Anbringung der PV-Folie erfolgt besonders einfach und schnell. Die aufwendigen Vorarbeiten einer Solaranlage, wie eine Statikprüfung des Daches oder eine Montage mit Untergestell, entfallen. Solarfolien sind entweder selbstklebend oder sie werden mit speziellem doppelseitigem Klebeband angebracht.
Wie wird eine PV-Folie hergestellt?
Um eine Photovoltaik-Folie herzustellen, wird das Trägermaterial mit einem Halbleiterstoff, zum Beispiel Silizium, bedampft. Die Herstellung von Solarfolien ist besonders energie- und materialsparend, da vorab keine Siliziumwafer aufwendig bearbeitet werden müssen, wie es bei Photovoltaikmodulen der Fall ist. Das macht die Produktion von Solarfolien sehr kostengünstig. Die PV-Folien lassen sich in verschiedenen Farben oder farblos herstellen. Bei der Produktion kommen zudem keine giftigen Materialien oder Schwermetalle zum Einsatz. Ein Produktionsverfahren, um PV-Folien herzustellen, ist der Rolle-zu-Rolle-Prozess.
Rolle-zu-Rolle-Prozess: Organische Solarfolien herstellen
Der Rolle-zu-Rolle-Prozess ist ein Beschichtungsverfahren, bei dem die verschiedenen organischen Materialien bis zu ihrem Siedepunkt erhitzt werden. Der dabei entstehende Dampf wird auf einem Substrat unter Vakuum in einer homogenen und gut kontrollierten Schicht von weniger als einem tausendstel Millimeter aufgedampft. Es werden nacheinander mehrere Schichten verschiedener Materialien auf den Trägerfilm aufgedampft.
Im Gegensatz zu Druckverfahren ohne Vakuum für die Herstellung organischer Solarzellen ergibt sich eine sehr hohe Ausbeute des aufgedampften Materials. Es werden Rollen mit Längen von mehreren Kilometern durch die verschiedenen Prozessschritte geführt. Zu Beginn werden diese abgerollt und am Ende wieder aufgerollt. Zudem bietet der Rolle-zu-Rolle-Prozess die Vorteile einer einfachen Prozesskontrolle und der hohen Effizienz der organischen Schicht. Umweltschädliche Trägergase entstehen bei der Produktion nicht.
Welchen Wirkungsgrad erreicht eine Solarfolie?
Eine Photovoltaik-Folie erreicht im Durchschnitt einen Wirkungsgrad von 7bis 10 Prozent. Im September 2020 verzeichneten das Fraunhofer ISE und das Freiburger Materialforschungszentrum FMF der Universität Freiburg gemeinsam mit 14,9 Prozent einen Rekordwert für organische Solarzellen mit mindestens 1 Quadratzentimeter Fläche. Im Vergleich erzielen konventionelle PV-Module einen Wirkungsgrad von bis zu 20 Prozent.
Verschiedene Arten der Photovoltaik-Folie
Es existieren Folien mit integrierter Hohlraumoptik. Diese werden auf die umgebenden Ränder der oberen oder unteren Glasscheibe des Solarmoduls aufgebracht. Die Solar Energy Optics-Folie (SEO-Folie) ist hauchdünn und wird kostengünstig in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt.
Die speziellen SEO-Folien erreichen nach dem Fraunhofer ISE Leistungssteigerungen der Solarmodule von fünf bis zehn Prozent. Auch auf flexiblen Solarmodulen soll die Solarfolie zu wesentlichen Ertragssteigerungen führen.
Eine andere Variante der Photovoltaik-Folie ist das CIGS-Solar-PV-Modul mit einer Leistungsfähigkeit zwischen 35 und 215 Watt Peak. Einsatzbereiche der leichten CIGS-Dünnschichtmodule sind
- Gebäude und Transportplattformen wie Busse, Transporter und Lkw
- Oberflächen mit begrenzter Tragfähigkeit,
- gekrümmte Oberflächen sowie
- Fassaden und Dächer
Die flexiblen Module gibt es in verschiedenen Längen: ein bis sechs Meter. Sie wiegen weniger als 2 Kilogramm pro Quadratmeter und sind keine zwei Millimeter dick. Der Biegeradius beträgt 20 Zentimeter.
CIGS-Photovoltaik-Folie: Wie sieht die Anbringung auf Dächern aus?
Auf Flachdächern werden Photovoltaik-Module normalerweise aufgeständert und mit Gewichten beschwert. Eine neue Möglichkeit ist das Verschweißen einer Solarfolie mit der Dachhaut wie eine herkömmliche Dachfolie. In einer speziellen Dachrinne werden die Kabel verlegt. Das glasfreie Siliziummodul hat ein Eigengewicht von lediglich 3,3 Kilogramm pro Quadratmeter, wodurch es auch für Flachdächer mit geringer Traglast geeignet ist. Pro Kilowatt Peak ist nur eine Fläche von circa zehn Quadratmetern erforderlich.
Photovoltaik-Folien haben ein gutes Zukunftspotenzial
Photovoltaik-Folien sind eine gute Möglichkeit, um viele verschiedene Flächen als „Solar-Kraftwerk“ zu nutzen. Aktuell werden Solarfolien nur in Pilotprojekten betrieben. Doch das soll sich in Kürze ändern. Immerhin besitzen sie mit nur 20 Gramm CO2 pro Kilowattstunde eine gute CO2-Bilanz und können somit einen wichtigen Beitrag gegen den Klimawandel leisten. Auch die Steigerung des Wirkungsgrads und somit eine erhöhte Erzeugung von Strom sind vielversprechend.
