• Farbige Solarmodule kommen als Fassadenelemente zum Einsatz

Farbige Solarmodule kommen als Fassadenelemente zum Einsatz

15.09.2017     LEONID LEIVA ARIOSA Wissenschaftsjournalist Faktor Journalisten, Zürich

Gebäudehülle – An Fassaden findet man bisher fast keine Photovoltaikpanels vor. Der Grund: die eher unattraktive Optik der blauschwarzen Module. Dank neuer Technologien zur Farbgebung soll sich das ändern.

Die Integration von Photovoltaikmodulen in Häuserfassaden könnte den Beitrag der Solarenergie zur Stromversorgung in Zukunft deutlich erhöhen. Der Wunsch vieler Bauherren und Architekten, Gebäude für die Erzeugung von Solarstrom zu nutzen, scheitert jedoch meistens an der noch ungenügenden Ästhetik der PV-Anlagen.

Schweizer Forscher und Unternehmen haben eine Lösung parat: Sie entwickeln zurzeit eine Reihe verschiedener Methoden, die Farbe ins PV-Modul bringen sollen. Am Forschungsinstitut CSEM in Neuenburg haben Wissenschaftler um EPFL-Professor Christophe Ballif Techniken entwickelt, mit denen PV-Module in Weiss und anderen Farbtönen produziert werden können. Zuletzt enthüllten die Forscher sogar eine neue Generation von Solarpanels, die mit bunten Portraits von Menschen bedruckt sind. Einige Exemplare wurden bereits an einer Gebäudefassade der Neuenburger Kantonalbank installiert. Die gefärbten Solarpanels haben allerdings eine geringere Stromausbeute als ihre «mausgrauen» Pendants. Das ist eine direkte Konsequenz der Technik, die für die Farbgebung sorgt. «In unseren Modulen wird das sichtbare Licht durch spezielle Filter so reflektiert und gestreut, dass die gewünschte Färbung entsteht. Die Filter lassen Infrarotlicht durch, das in der aktiven Photovoltaikschicht in Strom umgewandelt wird», erklärt Christophe Ballif. Da das sichtbare Licht herausgefiltert wird, resultieren Effizienzverluste. Je nach Farbe sinkt die Energieeffizienz um 10 bis 45 Prozent, wobei eine schneeweisse Färbung die grössten Einbussen zur Folge hat. «Wir sollten diese Technologie aber nicht mit herkömmlichen PV-Modulen vergleichen, sondern mit konventionellen Fassaden», sagt Ballif. «Die farbigen PV-Fassaden können 80 bis 150 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr produzieren. Eine inaktive Fassade hingegen produziert gar keinen Strom.»

Das Einfärben der Panels durch den Einbau von Filtern bedeutet allerdings Zusatzkosten in der Herstellung und somit höhere Modulpreise. Das Ziel sei es, zuerst ins Premiumsegment einzudringen. Später könne bei einem Anstieg des Produktionsvolumens und einer damit verbundenen Kostensenkung ein breiterer Markt angesprochen werden.

Filter bestimmen die Farbe

Dass bunte Photovoltaik kommerziellen Erfolg haben kann, zeigt eine andere, an der ETH Lausanne (EPFL) entwickelte Technologie. Ein EPFLTeam um Jean-Louis Scartezzini und Andreas Schüler verändert das Frontglas eines PV-Moduls durch das Aufbringen zusätzlicher, äusserst dünner Schichten so, dass jeweils nur Licht einer einzigen Farbe reflektiert wird. Nach dem gleichen Prinzip erhalten Seifenblasen oder Schmetterlingsflügel ihre Färbung. Wie bei den natürlichen Pendants verändert sich auch bei den bunten PV-Platten die Farbe aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Aber Scartezzini beteuert, dass der Effekt recht gering und bei grüner oder blauer Färbung praktisch nicht wahrnehmbar sei. Das Plus dieses Ansatzes liegt darin, dass er den mit der Farbgebung verbundenen Energieverlust minimiert. Denn die eigentliche stromproduzierende Schicht hinter dem Frontglas wird nur des wenigen Lichts beraubt, das für die Färbung reflektiert wird. Laut Scartezzini sinkt dadurch die Effizienz eines herkömmlichen Solarmoduls lediglich um rund einen Prozentpunkt.

Ein Spin-off der EPFL vermarktet die Technik mit zunehmendem Erfolg. Im Jahr 2015 wurde die neue Fassade des ehemaligen Kohlesilos in Basel damit ausgerüstet. Das Mehrzweckgebäude erzeugt dank der 159 Quadratmeter grossen Anlage rund 16 400 Kilowattstunden Strom pro Jahr, was 37 Prozent des Gesamtenergiebedarfs ausmacht.

Ein jüngeres, aufsehenerregendes Beispiel stellt die Copenhagen International School in der dänischen Hauptstadt dar. Die Fassade setzt sich aus mehr als 12 000 gefärbten Solarmodulen zusammen und ist damit die grösste Solarfassade der Welt. Die Photovoltaikplatten sollen um die 300 Megawattstunden Strom pro Jahr erzeugen – das deckt rund die Hälfte des Energiebedarfs des Gebäudes.

Motive auf das Frontglas drucken

Eine dritte Variante farbiger Solaranlagen ist seit Kurzem im Kanton Zürich zu sehen. Seit Ende Juni schmücken die Wappen der Schweizer Kantone einen Fassadenbereich der Umweltarena in Spreitenbach. Um föderalistischen Geist geht es dabei aber nicht: Hinter den bunt bedruckten Glasplatten produzieren Solarpanels Strom. Die farbige Photovoltaikwand ist eine Entwicklung der Hochschule Luzern (HSLU). Stephen Wittkopf, Professor an der HSLU und Leiter des Projektes, will mit dieser Erweiterung der Farbpalette mehr Akzeptanz für Photovoltaik unter seinen Architektenkollegen sorgen. Der Luzerner Forscher hat sich vorgenommen, die Effizienzverluste durch das Einfärben auf 20 Prozent zu minimieren. Die Lebensdauer der Module könnte unter der Färbung allerdings leiden. Denn Unterschiede in der Lichtdurchlässigkeit verschiedener Farben führen zu unerwünschten elektrischen Spannungen an den betroffenen Stellen – das PV-Modul altert folglich schneller. Die HSLU-Forscher schufen deshalb einen Rechenalgorithmus, der die von jeder Farbe durchgelassene Lichtmenge optimiert. Wittkopf beziffert die Computerberechnungen auf rund 500 Franken pro Druckmotiv. Das Druckverfahren, das bereits industriell etabliert sei, bringe weitere Zusatzkosten mit sich. Rund 100 Franken pro Quadratmeter müsse man für das Einfärben einrechnen.