Effizientere Photovoltaikelemente für Fassaden

Foto: A. Heller / HTWK Leipzig
Teilansicht eines Photovoltaikfassadenelementes
Besonders gestaltete Photovoltaikelemente für Fassaden können 50 Prozent mehr Ertrag liefern als herkömmliche, flach an der Fassade montierte Module. Zu diesem Ergebnis kommen jetzt Wissenschaftler am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP im gerade abgeschlossenen Projekt.

Es sei zwar grundsätzlich sinnvoll, an Fassaden Photovoltaik zu nutzen, so das CSP. Doch die Sonne strahle häufig in einem ungünstigen Winkel auf Fassadenmodule. Zudem seien die Elemente meist keine Verschönerung. Den Gegenbeweis wollten die Wissenschaftler mit dem Projekt SOLAR.shell und angehen. Es ist auf effizientere Photovoltaikelemente für Fassaden ausgerichtet.  Gemeinsam mit Architekten der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) haben sie Elemente für eine Solarfassade entworfen. Sie sollen diese Probleme beheben. 

„Die Photovoltaikelemente, die in diese Fassade integriert sind, liefern bis zu 50 Prozent mehr Sonnenenergie als planar an Gebäudewänden angebrachte Solarmodule“, sagt Sebastian Schindler, Projektleiter am Fraunhofer CSP. »Und: Die Fassade macht auch optisch etwas her.« Die Idee und Entwürfe entwickelten die Architekten der Hochschule. Wie muss welches Photovoltaik-Element gekippt sein, damit es möglichst viel Sonnenstrahlung abbekommt? Welche Größe sollten die Module haben? Wie viele Solarzellen sollten sie optimalerweise enthalten? Die Ergebnisse zeigen sie in einem 2×3 Meter großen Demonstrator aus Aluminium-Verbundplatten.,Die Fraunhofer-Experten standen mit ihrem Know-how, Rat und Tat zur Seite. Die verwendeten Photovoltaikelemente stammen ebenfalls aus dem Fraunhofer CSP.

Photovoltaikelemente an Fassaden aus Beton

Auch für Betonfassaden haben die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer CSP gemeinsam mit der HTWK Leipzig und der TU Dresden entsprechende Möglichkeiten entwickelt. Für Fassaden aus Carbonbeton hat ein mehr als 150 Partner umfassenden Konsortium im Projekt „C³ – Carbon Concrete Composite“ zusammengearbeitet. Statt Stahldrähte verleihen dabei Carbonfasern dem Beton die nötige Stabilität.

„Am Fraunhofer CSP haben wir untersucht, wie sich Photovoltaikelemente am besten an solchen Carbonbeton-Fassaden anbringen lassen – wie man also den neuartigen Beton optimal mit der Gewinnung von Sonnenstrom kombinieren kann“, erläutert Schindler. Die Forscher haben dabei drei unterschiedliche Konzepte und Verfahren erarbeitet, um die PV-Elemente in die Fassadenteile zu integrieren. Entweder können die Solarmodule direkt mit in die Betonteile eingegossen oder auf die Betonplatten laminiert oder geklebt werden. Auch ist es möglich, die Module mit Druckknöpfen, Schraubverbindungen oder anderen Methoden an den Betonplatten zu befestigen. Auf diese Weise lassen sie sich für Wartungen oder Reparaturen leicht abnehmen. »Wir konnten zeigen, dass alle drei Befestigungsmöglichkeiten technisch machbar sind«, fasst Schindler zusammen.

Eine Herausforderung besteht unter anderem darin, die Maßhaltigkeit der PV-Module mit den Fertigungsverfahren der Betonteile zu gewährleisten. Dies geschieht beispielsweise, indem eine Absenkung im Betonteil eingebracht wird, in die die Module perfekt hineinpassen sollten. So bleibt die gewünschte Ausrichtung gegenüber der Sonneneinstrahlung und die Gesamtgestaltung erhalten. „Die Maßhaltigkeit sollte direkt mit im Betonteil implementiert sein“, sagt Schindler. Auch muss sichergestellt werden, dass PV-Module nicht dort verschraubt werden, wo der Beton besonders dünn ist oder aber Carbonfasern liegen. Das beeinträchtigt die Belastbarkeit des Fassadenteils. 

SOLARcon: Betonfassaden 2.0

Im Nachfolgeprojekt SOLARcon etablieren die Fraunhofer-Experten nun marktreife Lösungen für die Integration von PV-Modulen in Fertigbetonteile. Dabei kooperieren sie wieder mit der HTWK Leipzig und der TU Dresden sowie zwei Unternehmenspartnern.

Hält die Befestigung der Solarzelle dauerhaft? Um diese Frage zu beantworten, unterwerfen die Fraunhofer-Forscher sowohl die PV-Komponente als auch die Schnittstelle zum Beton entsprechenden Langzeittests. Wie verhält sich die Schnittstelle bei verschiedenen Witterungsbedingungen? Was ergeben beschleunigte Alterungstests? Zusätzlich zu diesem experimentellen Ansatz stehen Simulationen auf der Agenda, genauer gesagt Finite-Elemente-Methoden. Über diese können die Experten beispielsweise berechnen, wie sich Beton und Verbindungsstelle zum PV-Element bei hohen Temperaturen aufheizen. Und sie ermittelt, welche Wind- und Drucklasten auf das Solarmodul wirken.

3.3.2020 | Quelle: Fraunhofer CSP | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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