Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Die ästhetische Integration von Photovoltaik in Gebäude und urbane Räume gilt als ein zentraler Schlüssel, um bislang ungenutzte Solarpotenziale zu erschließen. Gerade in Städten, bei denkmalgeschützten Gebäuden oder im Bereich von Balkonen und Fassaden stoßen konventionelle, dunkel erscheinende Standardmodule häufig auf Akzeptanzprobleme. Hier setzt das neue Projekt »COLIPRI« des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) an. Erforscht wird ein Farbgebungsverfahren, mit dem kommerzielle, kostengünstig verfügbare PV-Module individuell farblich nachgerüstet werden können wobei die farbbedingten Effizienzverluste gering gehalten werden.
2023 wurden in Deutschland über eine Million neue PV-Anlagen in Betrieb genommen. Trotz dieser Dynamik ist das Potenzial insbesondere im urbanen Raum, bei gebäudeintegrierter (BIPV) und gebäudeangebundener Photovoltaik (BAPV) noch nicht ausgeschöpft. Der Solaratlas des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt weist für Sachsen-Anhalt ein jährliches Potenzial von rund 22 TWh durch Solardächer aus. Die heute verfügbaren Standardmodule sind jedoch aus architektonischen Gründen nicht immer geeignet. »Wenn Photovoltaik Teil unserer gebauten Umwelt werden soll, muss sie sich praktikabel gestalterisch anpassen lassen – ohne dabei an zu stark an Effizienz einzubüßen«, betont Dr. Charlotte Pfau, Projektleiterin am Fraunhofer IMWS. Bestehende Lösungen zur farblichen Gestaltung von PV-Modulen sind entweder kostenintensiv, nur in standardisierten Designs verfügbar oder mit teils erheblichen Ertragsverlusten verbunden. Vor diesem Hintergrund besteht ein hohes Interesse an individuell gestaltbaren, zugleich effizienten und kostengünstigen Photovoltaikmodulen.
Ziel des Projekts ist es daher, ein Verfahren zur nachrüstbaren, individuellen farblichen Gestaltung kommerziell verfügbarer PV-Module zu entwickeln, das eine hohe Moduleffizienz (> 75 % gegenüber unbedruckten Referenzmodulen) sicherstellt. Kern des Ansatzes ist die Kombination kostengünstiger Standardmodule mit bedruckten Frontfolien oder cover glass, die unabhängig von der Massenproduktion der Modulhersteller gefertigt und anschließend schädigungsfrei nachgerüstet werden können.
Technisch steht dabei die Erforschung neuartiger keramischer Farben und digitaler Druckverfahren im Fokus. Durch eine glaskeramische Matrix der Farbschicht sollen hohe Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität erreicht werden, während spektral selektive Pigmente, einschließlich keramischer Interferenzfarben, die Effizienzverluste minimieren sollen. Ergänzend werden neue Druckrasterkonzepte entwickelt, um Überdeckungen und Absorption zu reduzieren und so den Energieertrag farbiger Module weiter zu optimieren. Parallel dazu werden Laminations- und alternative Konfektionierungsverfahren für Glas, Dünnglas und Polymerfolien untersucht, angepasst an unterschiedliche Anwendungen wie Fassaden-, Dach- oder Balkonmodule.
Im Rahmen des Projekts übernimmt das Fraunhofer CSP die zentrale Auslegung und Bewertung der farbigen Nachrüstlösungen für PV-Module. Dazu entwickelt das Institut effizienzoptimierte Druckraster und optische Schichtstapel für ein ansprechendes Erscheinungsbild bei möglichst geringen Leistungsverlusten und erstellt die hierfür nötigen hochaufgelösten Datensätze. Parallel werden neuartige, schnelle und großflächige Messmethoden sowie geeignete Prüfkörper (Laminate und Minimodule) aufgebaut, um Farbwirkung, Blendung und die resultierende Modulleistung, auch winkelabhängig, quantitativ zu erfassen. Zur beschleunigten Bewertung entsteht ein Simulationstool, das aus Bild- bzw. Druckdateien und Modullayouts die erwarteten Leistungsverluste schnell abschätzt. Das Fraunhofer CSP unterstützt im Projekt bei Laminationsversuchen und der Prozessoptimierung im Labormaßstab und charakterisiert Farben sowie Druckraster hinsichtlich Leistungswirkung, Erscheinungsbild, Schadensfreiheit und UV‑Stabilität.
Mit dem Projekt eröffnet sich die Möglichkeit, kostengünstige PV-Module mit hoher Designfreiheit für den wachsenden Markt der urbanen und dezentralen Photovoltaik verfügbar zu machen. Damit wird nicht nur eine bestehende Marktlücke geschlossen, sondern zugleich ein Beitrag zur gestalterischen Akzeptanz und zum weiteren beschleunigten Ausbau der Solarenergie geleistet.