PV-Systeme mit Folien aus Polyvinylbutyral (PVB) - Mehr Flächenausnutzung möglich

Weiter steigende Kosten für fossile Brennstoffe forcieren die Suche nach Alternativen und die intensive Weiterentwicklung der EE. „Power Plants“, Kraftwerke mit PV-Systemen, überflügeln einander mit immer neuen Leistungsrekorden. Parallel entwickeln sich Gebäude-integrierte PV-Systeme; sogenannte BIPV (Building Integrated Photovoltaics). Um das Potenzial dieser PV-Systeme weiter auszuschöpfen, suchen Architekten und Ingenieure immer neue Möglichkeiten kosteneffizienter Lösungen zur Installation von PV-Systemen in Glasfassaden und Dächern.

Eingekapselte Solarzellen
Hauptprobleme bei der Nutzung von Solarstrom aus Gebäuden oder Fassaden sind immer noch technische Gegebenheiten: Beschattung, Neigung oder Ausrichtung des Gebäudes sowie fehlende Standards bei der Gebäude-Anschlusstechnik.
Eine mögliche Lösung sind integrierte PV-Systeme in Fassaden und Glasdächern, die sowohl den Anforderungen an eine effiziente Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Fläche als auch ästhetischen Gesichtspunkten gerecht werden.
Schon heute dürfen aus Sicherheitsgründen in vielen Staaten sogenannte „Überkopf-Verglasungen“, wie z.B. Fassadenverglasung, Glasdächer, Glastreppen oder Treppengeländer aus Glas, ausschließlich nur mit Verbundsicherheitsglas (VSG) ausgeführt werden. Weiterhin spricht für VSG, dass PV-Module an sich bereits Glas-Verbundsysteme sind (in Glas eingekapselte Solarzellen). Eine ideale Ergänzung bietet das Harz Polyvinylbutyral (PVB), das bereits seit Jahrzehnten vorzugsweise in VSG als Folie zwischen Glasscheiben eingesetzt wird.
Für PV-Module gewähren Hersteller heutzutage eine Lebensdauer von 20 Jahren und mehr. Ein Ergebnis der Anstrengungen in den vergangenen Jahrzehnten, die Beständigkeit von Modulen und Solarzellen weiter zu verbessern. Eine wichtige Komponente stellt dabei das Verkapselungs-Material dar, das die eigentliche Solarzelle vor Beschädigung schützt und eine lange Lebensdauer garantiert.

Schutz vor Beschädigung
Das derzeit favorisierte Material ist Ethylen-Vinyl-Azetat (EVA). Alternative Materialien sind beispielsweise Gießharze auf Acryl- oder Polyurethan-Basis. Eine Alternative zu derzeitigen PV-Standardmodulen sind Doppelglas-Module, bei denen die Zellen z.B. in „Trosifol Solar“, eine von der Kuraray Europe GmbH 2004 vorgestellte und bis dahin weltweit einzigartige PVB-Folie für PV-Systeme in VSG, verkapselt werden. Gerade die PVB-Folie „Trosifol“ der Kuraray hat insgesamt über die vergangenen 10 Jahre eine beeindruckende Marktentwicklung gezeigt. Zudem hat PVB exzellente optische Eigenschaften, eine modifizierbare Glashaftung, eine hohe Schlagzähigkeit und eine herausragende UV- und Temperatur-Beständigkeit. Die ersten Anwendungen von VSG mit PVB reichen bis in die 1930er-Jahre zurück.
Grundsätzlich zeigen sich die Unterschiede zwischen dem gummielastischen Elastomer EVA und dem weichen Thermoplast PVB beim Verhalten im Glasverbund. So benötigt man bei einem Glasverbund auf EVA-Basis eine Extralage Glas, um das gleiche Sicherheitsniveau wie bei einem Verbund mit PVB zu erreichen. PVB besitzt eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einwirkung und zeigt ein besseres Verhalten nach dem Glasbruch. Und genau diese Eigenschaften prädestinieren PVB für den Einsatz in PV-Modulen für Fassaden oder Dächer. Darüber hinaus stellt PVB eine kostengünstige Lösung dar und erlaubt dünnere und damit leichtere VSG.

Enge Zusammenarbeit
„Trosifol Solar“ wurde speziell auf die PV-spezifischen Anforderungen von Solarzellen in PVB-VSG hin entwickelt. Besonderen Wert haben die Entwickler darauf gelegt, die zerbrechliche und druckempfindliche Solarzelle optimal zu verkapseln und dauerhaft zu schützen. Bedingung dafür war ein modifiziertes Viskositätsverhalten und die Oberflächenrauigkeit der Folie, die im Laminiervorgang des Vakuum-Prozesses eine verbesserte Wirkung zeigt. Für größere Modul-Formate ist es nun möglich, dem Standard-Vakuumsack-Verfahren (Entlüftung) einen herkömmlichen Autoklaven-Prozess folgen zu lassen.
Als weitere Vorteile der PVB-Folie gegenüber EVA-Folien sind laut Hersteller  beispielsweise:

• PVB ist bis zum Einsatz 4?Jahre lagerfähig; EVA nur 6 Monate.
• Höhere Widerstandsfähigkeit gegen Eindrücke und fehlende Fließeigenschaften an den Kanten, dadurch keine Verunreinigung der Module im Laminierprozess.
• reproduzierbarer Laminierprozess durch fehlende Vernetzung (Vernetzung bei PVB nicht nötig).
• Einsatz anderer, kosteneffizienterer Laminierprozesse.
• Besseres Langzeitverhalten hinsichtlich UV- und Temperaturbeständigkeit (ist aus dem Einsatz von Verbundsicherheitsglas seit Jahrzehnten bekannt).
• Kombinationen mit geräuschreduzierenden oder farbigen Folien sind möglich, um den ästhetischen oder anderen funktionalen Ansprüchen gerecht zu werden.

Hersteller von PV-Modulen und VSG in Europa arbeiten bereits eng zusammen und vermarkten PV-Systeme mit PVB-Folien. Der dadurch entstandene Wissenstransfer und die Nutzung bekannter ein- oder zweistufiger Laminierungsprozesse lassen nun auch die Produktion größerer PV-Systeme zu, als dies früher möglich war. Die effizientere Flächenausnutzung im Vergleich zu bisher verwendeten Glasformaten reduziert den Preis von PV-Modulen und kann zukünftig für einen breiteren Einsatz EE aus Sonnenlicht sorgen.

Steigende  Wirkungsgrade
Nicht nur die Formate nehmen an Größe zu, auch die Wirkungsgrade verbessern sich. Mit 37,6% Wirkungsgrad wandelten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg Sonnenlicht in elektrischen Strom um und schufen damit Anfang Juli 2008 einen neuen Europarekord. Das Ergebnis wurde auf Basis sogenannter „Konzentrator­Solarzellen“ aus III-V-Halbleitern erzielt – Solarzellen, die bislang hauptsächlich im Weltraum eingesetzt werden. Die laufenden Entwicklungen der Fraunhofer Forscher erlauben nun auch den kosteneffizienten Einsatz derartiger Solarzellen auf der Erde.
Und die Entwicklung geht weiter: Mitte August gaben Wissenschaftler des „U.S. Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory (NREL)“ einen neuen Weltrekord bekannt – einen Wirkungsgrad von 40,8% (www.nrel.gov).

Bilder: Trosifol/Ertex Solar

Kontakt: Kuraray Europe GmbH Division Trosifol, 53840 Troisdorf, Tel. 02241 2555202, Fax 02241 2555-299, info.trosifol@kuraray.eu, www.trosifol.com

Dünnschicht-Technologie
Integrierte PV-Technik in Gebäudefassaden und Dächer wird zukünftig – nicht nur in Deutschland – eine immer wichtigere Rolle spielen. Interessant wird dabei die Rolle des jüngsten Technologiesprungs sein: die Entwicklung und Großserieneinführung der Dünnschichttechnologie. In der Definition werden dabei dünne Schichten von Materialien (ca. 2 – 3 Mikrometer) durch unterschiedliche Verfahren auf ein Substrat aufgebracht und anschließend bearbeitet. Diese Schichten auf Glas oder Metall fungieren als Solarzellen alternativ zu Zellen aus amorphem oder kristallinem Silizium. Den höchsten Marktanteil nimmt zurzeit das amorphe Silizium ein, das mit Wirkungsgraden zwischen 6 und 8% arbeitet. Kristallines Silizium, z.B. mikrokristallines Silizium, erreicht in Kombination mit amorphem Silizium höhere Wirkungsgrade von bis zu 14%.
Zurzeit weisen dünnschichtige PV-Module noch immer geringere Wirkungsgrade auf als mono- oder polykristalline Module (zwischen 12 und 16%). In Kombination mit ihrem geringeren Einstandspreis und damit deutlich niedrigeren Kosten für das gesamte Modul, wird hier der breite Einsatz – auch im privaten Bereich – im kommenden Jahrzehnt erwartet. Für Architekten eröffnen sich dadurch ganz neue Betätigungsfelder mit ungeahnten Möglichkeiten der Gestaltung von Fassaden und Glasflächen im Allgemeinen.