Photovoltaik : Stehend, schwimmend, fahrend: Fraunhofer ISE präsentiert Lösungen für Integrierte Photovoltaik

Die Integration von Photovoltaik-Technologie in Gebäudehüllen, Fahrzeuge und Fahrwegen sowie in Agrar- und Wasserflächen erschließt ein riesiges Flächenpotenzial für die Solarstromerzeugung. Allein die Bauwerkintegrierte und die Agrophotovoltaik haben in Deutschland ein technisches Potenzial für mehrere 100 Gigawatt Leistung. Integrierte PV schafft sogar an vielen Stellen Synergieeffekte, etwa Reichweitengewinne für Elektrofahrzeuge oder Lärmschutz an Straßen und Schienen. Durch die Erzeugung des Solarstroms nahe am Verbraucher bzw. an Bord von Fahrzeugen reduziert sich außerdem die Nutzung des Stromnetzes. Das Fraunhofer ISE präsentierte deshalb nun neue Lösungen für Integrierte PV. "Wir sehen in der integrierten Photovoltaik auch eine Chance für die deutsche und europäische Photovoltaik-Industrie und das Handwerk, da sie ein hohes Maß an individuellen Lösungen und eine enge Verflechtung mit vorgelagerten Bauprozessen verlangt", erklärt Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE.

Für die Integration von PV-Modulen hat das Fraunhofer ISE Technologien entwickelt, die frei wählbare Modulformate und -farben ermöglichen und auch besondere Anforderungen wie reduziertes Flächengewicht, hohe Ästhetik oder extreme mechanische Belastbarkeit erfüllen. Das Fraunhofer ISE entwickelt Anwendungen für verschiedene Bereiche.

Die Bauelemente übernehmen zusätzlich zur Stromgewinnung weitere Funktionen wie Wärmedämmung, Wind-, Lärm- und Wetterschutz und setzen auch gestalterische Akzente. Bauwerkintegrierte Photovoltaik leistet so einen signifikanten Beitrag zur CO2-Reduktion von Gebäuden. Das Fraunhofer ISE hat flexible Formate, hocheffiziente Solarzellen mit filigraner Metallisierung und Farbvarianten entwickelt, die eine ästhetische Einbindung von Solarmodulen in Fassaden und Dächer erlauben. Auf der EU PVSEC zeigt das Fraunhofer ISE mehrere farbige MorphoColor-Module: durch eine spezielle Glasbeschichtung lassen sie sich in allen Spektralfarben mit hoher Farbsättigung und Winkelstabilität herstellen, bei einem um nur sieben Prozent relativ verringerten Wirkungsgrad.

Bei der Agrophotovoltaik werden Solarmodule über Ackerflächen installiert, was den Ausbau der PV-Leistung bei gleichzeitiger Nutzung der Flächen für den Ackerbau ermöglicht. Im Rahmen eines Forschungsprojektes am Bodensee konnte das Fraunhofer ISE eine Steigerung der Landnutzungseffizienz zwischen 60 und 84 Prozent sowie eine Steigerung der Resilienz in der Landwirtschaft bei Trockenperioden nachweisen. Weitere Zusatznutzen ergeben sich unter anderem durch Schutz vor Hagel-, Dürre- und Frostschäden, die Reduktion des Bewässerungsbedarfs und die Nutzung des Solarstroms vor Ort.

Bei der Fahrzeugintegrierten Photovoltaik ersetzen Solarmodule Teile der Fahrzeughülle und versorgen elektrische Verbraucher oder speisen in die Antriebsbatterie bei Elektro-Fahrzeugen ein, wodurch sie die Reichweite erhöhen. Die Ansprüche an die ästhetische Integration und die Moduleffizienz sind bei Fahrzeugen besonders hoch. Das Fraunhofer ISE hat ein sphärisch gewölbtes PKW-Solardach entwickelt, dessen hocheffiziente Solarzellen eine Leistung von etwa 210 Watt pro Quadratmeter liefern. Durch die überlappende Verschaltung in Schindeltechnik lässt sich die Modulfläche maximal für die Stromerzeugung nutzen und bietet ein homogenes, ästhetisches Gesamtbild. Geringere Widerstandsverluste und der Wegfall der Verschattung durch Zellverbinder sowie eine besonders hohe Verschattungstoleranz sorgen für eine um bis zu zwei Prozent absolut höhere Moduleffizienz im Vergleich zu konventionellen Solarmodulen. Für Leichtbauanwendungen in Nutzfahrzeugen untersucht das Fraunhofer ISE auch glasfreie Aufbauten.

Verkehrswegeintegrierte Photovoltaik umfasst die Einbettung von Solarmodulen in, an und über Verkehrswegen. Das kann direkt in Straßen, Fußwegen und Plätzen sein, aber auch in Schienen oder den Verkehrswegen zugeordneten Flächen wie Lärmschutzwänden oder Seitenstreifen. Verkehrswege in Deutschland bedecken rund fünf Prozent der Landesfläche und bieten somit ein enormes technologisches Potenzial, das auf bereits bebauter, horizontaler Fläche erreicht werden kann.

Bei der Integration von Solarmodulen direkt in die Straße müssen diese ausreichend Haftung für alle Verkehrsteilnehmer auch unter schwierigen Wetterbedingungen bieten. Hierfür müssen besonders langlebige, strukturierte Moduloberflächen realisiert werden.

Für schwimmende PV-Kraftwerke, deren Module auf Schwimmkörpern auf einem stehenden Gewässer oder auf dem Meer angebracht sind, ist weltweit ein sehr dynamisches Wachstum zu verzeichnen. Auch Deutschland hat mit gefluteten Tagebauflächen, Kiesgruben und teilweise Stauseen ein riesiges technisches Potenzial für diese Technologie. Die Vorteile von FPV liegen in der kostengünstigen Umsetzung in großem Maßstab, dem Anstieg der PV-Effizienz durch Kühleffekte des Gewässers und der Reduktion der Verdunstungsrate, wodurch der Wasserverlust eingedämmt werden kann.