Photovoltaik ist eine zentrale Säule, um die angestrebte Klimaneutralität bis 2045 zu erreichen. Die gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) bietet die Möglichkeit, bisher ungenutzte Flächen zur Energiebereitstellung zu nutzen. Um die Akzeptanz und Verbreitung von BIPV zu erhöhen, müssen PV-Module allerdings kostengünstig, langlebig und optisch ansprechend in die Fassade integriert werden können.
Projekt vereint Architektur und Energiegewinnung
Im Rahmen des Projekts „Design-PV“ hat das Fraunhofer FEP Fortschritte bei der Entwicklung ästhetisch ansprechender Lösungen für die gebäudeintegrierte Photovoltaik erzielt. Mithilfe von Technologien wie der Rolle-zu-Rolle-Nano-Imprint-Lithografie können Solarmodule nahtlos in Gebäudefassaden integriert werden, ohne das Design zu beeinträchtigen. Erste Tests zeigen, dass sich die Module optisch kaum von herkömmlichen Fassadenelementen unterscheiden, sie aber dennoch eine hohe Energieeffizienz bieten.
Nano-Imprint-Lithografie (NIL): Mittels NIL werden Oberflächentopografien auf Folien mit Strukturgrößen von wenigen 100 nm über einige Mikrometer bis zum Millimeterbereich in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess hergestellt. Dies ermöglicht eine großflächige, kontinuierliche Produktion der Folien. Dabei wird eine strukturierte Masterwalze in eine flüssige Lackschicht gepresst, wobei gleichzeitig der Lack vernetzt wird. Die Vernetzung des Lackes mittels Elektronenstrahlen erlaubt eine schnelle und effiziente Aushärtung der Strukturen und bietet die Flexibilität, verschiedene Pigmente oder Partikel in den Lack zu integrieren. Der Prozess wird auf einer Bahnbreite von bis zu 1.250 mm und einer Prozessgeschwindigkeit von mehreren 10 m pro Minute durchgeführt. Dies garantiert eine hohe Produktivität.
Zusammen mit fünf Partnern entwickelt das Fraunhofer FEP Dekorfolien für Fassadenelemente, die mittels Rolle-zu-Rolle-Nano-Imprint-Lithografie (NIL) veredelt werden. Das Ziel besteht darin, ein einheitliches Design auf Metallfassadenelementen und Photovoltaik-Modulen zu erreichen, indem die Dekorfolien auf diese Elemente appliziert werden. Zum Halbzeitstand des Projekts konnten mehrere Dekore des Unternehmens Surteco durch das ISFH auf PV-aktive und nichtaktive Fassadenelemente aufgebracht und getestet werden.
Tests zeigen hohe Effizienz trotz Dekorabdeckung
„Tests unseres Projektpartners ISFH zeigen, dass die PV-Module mit Dekoren optisch kaum von herkömmlichen Fassadenelementen zu unterscheiden sind und – abhängig vom Dekor – eine Leistung von bis zu 80 Prozent der nicht abgedeckten Vergleichs-Module erreichen“, freut sich Dr. Steffen Günther, Projektleiter am Fraunhofer FEP. Dies ist ein Fortschritt, da ästhetische Aspekte oft als Hindernis für die Akzeptanz von BIPV-Lösungen angesehen werden.
Eine besondere Herausforderung im Projekt ist die Haftfestigkeit der Dekorfolien sowohl auf dem Frontglas der PV-Module als auch auf der Metallschicht der Fassadenelemente. Zudem muss der Dekorlack zuverlässig auf dem Foliensubstrat ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen) haften. Aufgrund seiner hervorragenden Witterungsstabilität ist ETFE bereits in der Architektur etabliert. Da ETFE jedoch eine geringe Oberflächenhaftung aufweist, müssen die Folien vor der Beschichtung speziell behandelt werden. Am Fraunhofer FEP wurde hierfür ein Plasmaverfahren entwickelt, das die Grenzschicht der ETFE-Folie im Nanometermaßstab aufraut und so die Haftung der Dekorschichten signifikant verbessert.
Die nächsten Schritte im Projekt umfassen die Erprobung weiterer Dekore und Farben sowie umfassende Tests zur Langzeitstabilität und Witterungsfestigkeit der entwickelten Lösungen. Das Fraunhofer FEP und seine Projektpartner sind zuversichtlich, dass diese Fortschritte dazu beitragen werden, die Akzeptanz von BIPV-Lösungen in der Architektur weiter zu erhöhen.
Projektpartner:
Surteco
Flachglas Sachsen
Ronge
Tomasic Engineering
Institut für Solarenergieforschung Hameln
Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP
