Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
In Fassaden integrierte Solarmodule bieten vor allem im Sonnengürtel der Erde (hier das Businessviertel Sheikh Zaid Road in Dubai) große Potenziale.
Photovoltaik extrem
Der Sonnengürtel der Erde ist für den Einsatz von Photovoltaik besonders attraktiv: Zwischen Südspanien und Südafrika herrscht eine starke Sonneneinstrahlung, die sich für Solarenergie nutzen lässt. Doch mit anderen Bedingungen in dieser Region haben Solarmodule häufig zu kämpfen: hohe Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht und eine starke Nebelkondensation in den Morgenstunden. Im Forschungsprojekt »PV Extrem« entwickelt und optimiert das Fraunhofer IMWS gemeinsam mit Partnern geeignete Materialien für die Photovoltaik unter solch extremen Bedingungen – auch für Solarmodule, die direkt in die Fassaden von Gebäuden integriert werden können.
Die Marktpotenziale für Photovoltaik im globalen Sonnengürtel, der insgesamt 148 Länder umfasst, sind enorm. Solaranlagen können dort einerseits auf großen Flächen zu Sonnenkraftwerken zusammengeschlossen werden. Andererseits sind wegen der hohen Sonneneinstrahlung auch gebäudeintegrierte Solarmodule, wie sie in Fassadensystemen von Hochhäusern oder anderen Bauwerken angewendet werden können, besonders attraktiv.
Alle Komponenten eines Solarmoduls, von der Solarzelle über das Verkapselungsmaterial und die Lötbändchen bis hin zum Abdeckungsglas, müssen dabei aber den Belastungen etwa in Wüstenregionen gewachsen sein. »Im Vergleich zum Einsatz beispielsweise in Deutschland sind die Temperaturen, Temperaturunterschiede und die Strahlungsbelastung, insbesondere hinsichtlich der extremen UV-Strahlung, in diesen Regionen deutlich höher. Da sich in den Morgenstunden häufig Feuchtigkeit auf den Modulen absetzt, steigen zudem die elektrischen Anforderungen«, sagt Dr. Stefan Schulze, der das Projekt am Fraunhofer IMWS leitet.
Im Projekt »PV Extrem«, das vom Ministerium für Wirtschaft und Wissenschaft des Landes Sachsen-Anhalt gefördert wird, setzen die Partner des Fraunhofer IMWS, Fraunhofer CSP und des Folienwerks Wolfen auf neuartige Kunststofffolien als Einkapselungsmaterial. Diese sind besonders hitze- und alterungsbeständig und haben bereits bewiesen, dass sie auch für Anwendungen in der Gebäudeintegration geeignet sind. Die Projektpartner werden ermitteln, welchen Anforderungen das Material gewachsen sein muss, wie die Wechselwirkungen der verschiedenen klimatischen Bedingungen sich auswirken und welche am Markt befindlichen Materialien, Rohpolymere, zu erstellende Polymermischungen, Mehrlagenfolien und Additive die optimalen Eigenschaften für diese Anforderungen aufweisen. Dabei werden nicht nur (thermo)mechanische Eigenschaften bewertet, sondern auch die optischen Eigenschaften der Verbundmaterialien, mögliche physikalische Alterungseffekte und wirtschaftliche Aspekte wie Verfügbarkeit, Preis und Absatzmöglichkeiten berücksichtigt.
Neben den neuen Materialien werden im Projekt auch Methoden entwickelt, um die Einsatzfähigkeit von Solarmodulen in extremen Klimaten zu testen und die Herstellungsverfahren entsprechend anzupassen. So soll es möglich werden, Solarmodule zu produzieren, die auch unter extremen klimatischen Bedingungen eine hohe Stromausbeute mit einer hohen Zuverlässigkeit und Lebensdauer verbinden. Projektleiter Stefan Schulze: »Wenn dies gelingt, haben wir nicht nur einen entscheidenden Beitrag zum verstärkten Einsatz von Photovoltaik im Sonnengürtel der Erde – und damit zum Klimaschutz – geleistet. Wir sichern uns auch eine ideale Wettbewerbsposition beim Ausbau der Sonnenenergie in diesen Ländern.«