Deutschland braucht deutlich mehr Ökostrom. Relativ einfach wäre das durch Photovoltaik auf Dachflächen zu realisieren. Platz dafür ist grundsätzlich reichlich vorhanden. Doch auch dort, wo die Finanzierung gesichert ist, scheitern Projekte mitunter am Denkmalschutz, häufig weil schwarze Solarmodule auf roten Ziegeldächern nicht genehmigt werden. Eine Lösung wären Module mit angepassten Farben. Im Forschungsprojekt „PV-Hide“ ging es genau darum.
PV-Hide ist ein Forschungsprojekt, das das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) zusammen mit dem Modulhersteller AxSun Solar und dem Forschungs- und Entwicklungscenter des Glasherstellers Interpane durchgeführt hat. Ziel war die Entwicklung von Photovoltaikmodulen , die auf dem Dach vergleichsweise „unsichtbar“ sind, weil sie sich farblich an die Optik der vorhandenen Ziegeleindeckung anpassen lassen.
Patentierte Farbbeschichtung
Bei dem Projekt kam die patentierte Farbbeschichtung Morpho-Color des Fraunhofer ISE auf Modul-Gläsern von Interpane zum Einsatz. AxSun baute die farbigen Deckgläser dann in Photovoltaikmodule (PV-Module) ein, die sich zur Integration in Dächer eignen.
Bei Morpho-Color handelt es sich um eine Beschichtung, die nur eine vorab definierbare Farbe des Lichtspektrums reflektiert, das restliche Sonnenlicht aber ungestört passieren lässt. Im Falle einer PV-Modul-Beschichtung ermöglicht das eine farbliche Gestaltung der Deckgläser bei gleichzeitig hoher Sonnenausbeute der darunter befindlichen Solarzellen, welche durch die Farbgebung nicht mehr sichtbar sind.
Die Farbe, die der Betrachter von außen sieht, ist die reflektierte Farbe. Diese Reflektion eines Teils des Sonnenlichts schmälert die Leistungsfähigkeit der Solarzellen durchaus ein wenig, aber nicht allzu viel. Nach Angaben des Fraunhofer ISE sinkt die Moduleffizienz im Vergleich zu einem unbeschichteten Modul um „deutlich weniger als 10 %“.
Mithilfe der Beschichtungstechnologie lässt sich eine Vielzahl an Farben realisieren. Sie eignet sich im Übrigen nicht nur für PV-Module, sondern auch für bauwerkintegrierte Solarthermie -Kollektoren sowie für so genannte PVT-Kollektoren . Letzteres sind kombinierte Solaranlagen, die Sonnenstrom erzeugen und zugleich die solarthermische Abwärme der Photovoltaik zum Heizen nutzbar machen.
Pilotanlage in Eppingen
Im Rahmen des Forschungsprojekts PV-Hide werden die neuartigen PV-Module an einem realen Objekt im baden-württembergischen Eppingen erprobt. Auf beiden Seiten des ziegelroten Daches einer alten Turnhalle integrierte man insgesamt 224 Indach-PV-Module mit farblich abgestimmter Morpho-Color-Beschichtung. Die Anlage steht für eine Gesamtleistung von 66 Kilowatt Peak und soll mindestens 90 % des Ökostroms produzieren, der durch eine vergleichbare PV-Dachanlage mit unbeschichteten Gläsern erreichbar wäre.
Mit der Installation der roten PV-Anlage in ein historisches Gebäude wurden die bisherigen Ergebnisse des Forschungsprojekts in die Praxis überführt. „Die Fertigstellung der Pilotanlage ist ein wichtiger Schritt vorwärts für die großflächige Umsetzung von Morpho-Color“, sagt Dr. Thomas Kroyer, Projektleiter am Fraunhofer ISE.
„Wir sind froh, den Denkmalbesitzern in unserer historischen Altstadt nun vor Ort ein Best-Practice Beispiel nach dem neuesten, machbaren und auch bezahlbaren Stand zeigen zu können“, ergänzt Thomas Frey, Architekt und Abteilungsleiter Hochbau der Stadt Eppingen. Das Turnhallen-Dach in Eppingen zeigt eindrucksvoll, wie farbbeschichtete PV-Module sehr dezent in der Gebäudehülle verschwinden können. Dass es sich dabei um Indach-Module handelt, verstärkt diesen Effekt natürlich noch, ist aber kein Muss. Auch klassische Aufdach-Anlagen sind selbstverständlich mit Farbbeschichtung ausführbar.
Im Verlauf des Projekts entwickelten die Forschenden zudem die nächste Generation ihrer patentierten Beschichtungstechnologie. Dr. Thomas Kroyer: „Seit der Herstellung der farbigen Glasscheiben konnten wir unser Verständnis der Optik und die Winkelstabilität der Farben noch deutlich verbessern. Die nächsten PV-Module, die jetzt mit Morpho-Color beschichtet werden, zeigen immer ihre intensive Farbe, egal von wo die Sonne auf sie scheint.“
Grüne Photovoltaik-Fassade
Das Projekt PV-Hide zeigt, wie gut sich farbbeschichtete Photovoltaik optisch abgestimmt in vorhandenen Dachlandschaften „verstecken“ lässt. Aber mit Morpho-Color ist auch das genaue Gegenteil möglich – und das nicht nur auf dem Dach, sondern auch an der Fassade. Das zeigt ein anderes Projekt des Fraunhofer ISE, das 2022 an einem Institutsgebäude in Freiburg realisiert wurde.
„Mit der grünen PV-Anlage, die wir letztes Jahr in die Fassade unseres Zentrums für höchsteffiziente Solarzellen integriert haben, wollten wir architektonische Akzente setzen“, erläutert Dr. Harry Wirth, Bereichsleiter für Photovoltaische Module und Kraftwerke. Gesagt, getan: An der Fassade des Zentrums wurden 60 PV-Module mit grüner Morpho-Color-Beschichtung installiert, passend zum Corporate Design der Fraunhofer-Institute. Die Anlage sieht aber nicht nur gut aus, sondern soll das Forschungsinstitut jedes Jahr mit etwa elf Megawattstunden Solarstrom versorgen.
Beim PV-Ausbau auf Dach und Fassade sieht Dr. Harry Wirth noch riesige Möglichkeiten. „Für Dächer und Fassaden gemeinsam rechnen wir mit einem technischen Potenzial von 1.000 Gigawatt Peak in Deutschland“, sagt der Bereichsleiter. „Das ist das Doppelte jener Nennleistung, die für die Energiewende in etwa benötigt wird.“ Dort wo die Technik bisher mit den optischen Anforderungen an das Stadtbild über Kreuz liegt, müssten eben auch die Solarmodule architektonisch gestaltbar sein. Mithilfe von farbbeschichteter, bauwerksintegrierter Photovoltaik scheint das keine Utopie mehr zu sein.
