Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Die gebäudeintegrierte Photovoltaik ermöglicht die Erzeugung von Strom direkt dort, wo er gebraucht wird. Solarmodule werden dazu in die Struktur von Gebäuden integriert. Am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP werden in einem neuen Projekt Produktionsprozesse erforscht, wie Photovoltaik-Module mit Aluminiumbauteilen verbunden werden können, sodass effiziente Energieerzeugung, architektonische Gestaltungsfreiheit und günstige Herstellungsprozesse vereint werden. Erste Ergebnisse werden auf der EU PVSEC vom 23. bis 27. September in Wien vorgestellt.
Bis 2030 sollen 65 Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden. Photovoltaik (PV) wird dabei eine wichtige Rolle spielen, zunehmend gilt das auch für Solarmodule, die direkt in Fassadenflächen von Gebäuden integriert sind. Dies erschließt weitere Flächen für die Erzeugung nachhaltiger elektrischer Energie, zudem ist die räumliche Nähe zwischen Erzeuger und Verbraucher ein großer Vorteil. Mittlerweile sind auch vielfältige Form- und Gestaltungsmöglichkeiten mit ästhetisch ansprechenden Lösungen möglich.
Hier setzt das bis Ende 2025 laufende Projekt »AluPV« an, in dem das Fraunhofer CSP, MN Metall GmbH, VHF Plan Liesenhoff, Baltic Renewable Partners GmbH & Co. KG, solarnative GmbH und das Institut für Solarenergieforschung GmbH zusammenarbeiten. Die Forschungspartner erarbeiten neue Fertigungsverfahren und Materialkombinationen, indem der Metallbau für Fassaden und die Möglichkeiten der Photovoltaikindustrie zusammen gedacht werden. »Wir wollen einen neuartigen Verbund von Aluminiumfassaden und PV-Modulen umsetzen. Dabei liegt das Augenmerk auch auf der Weiterentwicklung von Leichtbauprofilen, um das Gesamtgewicht zu minimieren. Anstatt die Solarzellen jedoch aufwändig zu kaschieren, entwickeln wir ein innovatives modulares Fassadensystem, das neue Freiheitsgrade in der Gestaltung PV-aktivierter Fassaden ermöglicht«, sagt Ringo Köpge, Mitarbeiter in der Gruppe »PV-Module, Komponenten und Fertigung« am Fraunhofer CSP.
Kernfragen sind beispielsweise die Haftung von Modul-Backsheets an Aluminiumoberflächen, die Möglichkeiten zur Laminierung von Solarzellen-Strings, die Vermeidung von Glasbruch und Dehnung/Biegung der Metallfassade sowie die Sicherstellung der Funktionalität. Das elektrische Konzept und die mechanische Aufhängung für eine schnelle und einfache Installation und den problemlosen Austausch von gebäudeintegrierten Photovoltaikmodulen sowie deren ökologische und ökonomische Materialkombination stehen ebenfalls im Fokus der Untersuchungen.
Die derzeitigen Forschungsarbeiten stellen die Verarbeitung der verschiedenen Materialtypen wie Glas, Polymer und Aluminium in den Vordergrund. Das Zusammenführen von Materialien mit großen Unterschieden in der Wärmeausdehnung spielen dabei sowohl für die defektfreie Fertigung als auch für die spätere Anwendung an der Fassade eine entscheidende Rolle. Beide Institute wollen Lösungsansätze für eine spätere industrielle Umsetzung liefern. Hierzu stellen das Fraunhofer CSP und das Institut für Solarenergieforschung GmbH erste Ergebnisse hinsichtlich Prozessführung und Charakterisierung auf der diesjährigen EU PVSEC vom 23. bis 27. September in Wien vor.
Im weiteren Verlauf des Projekts unterstützt das Team des Fraunhofer CSP bei allen technologischen und materialseitigen Fragestellungen, insbesondere bei Materialverarbeitung, Moduldesign und der Bewertung von Prozessierungsvarianten. Durch die am Institut vorhandenen Kompetenzen und Möglichkeiten der Photovoltaik-Fertigung können Varianten und Materialaufbauten verschiedener Modultechnologien erarbeitet und mit den fertigungstechnologischen Erfordernissen der Aluminium-Fassadenelementfertigung abgeglichen werden. Zuverlässigkeitsanalysen sorgen dafür, dass die Sicherheitsanforderungen erfüllt sind und die notwendigen Zertifikate erteilt werden können. Parallel sollen neue methodische Ansätze speziell im Kontext der photovoltaischen Gebäudeintegration erarbeitet werden. Diese bilden die Grundlage für weiter verbesserte Analysen der Qualitätssicherung von Materialien beim Einsatz in der gebäudeintegrierten PV.
(23. September 2024)