2 Modultechnologien, Aufbau und Leistung
In BIPV-Anwendungen dominieren Module auf Basis von kristallinem Silizium (c-Si; ca. 95 % Marktanteil), davon rund 85 % monokristallin. Dünnschichtmodule (CIGS, CdTe) werden seltener eingesetzt, bieten jedoch Vorteile bei homogenen Farbflächen und geringem Gewicht. Organische PV-Technologien (OPV) sind ebenfalls am Markt verfügbar, gelten jedoch als Nischenprodukt mit begrenzter Effizienz.
Typische Leistungsdaten (Stand 01/2023):
- Kristallines Silizium, High Performance: 200 Wp/m²
- Kristallines Silizium, Standard: 180 Wp/m²
- CIGS Dünnschicht: 130 Wp/m²
2.1 Modulaufbau von Glas-Glas- oder Glas-Folie-Modulen:
Photovoltaikmodule setzen sich typischerweise aus einer Frontscheibe, einem Rücksubstrat und einer dazwischen eingebetteten, lichtaktiven Zellschicht zusammen. Bei kristallinen Modulen wird diese Zellschicht beidseitig durch Laminatfolien geschützt, während Dünnschichttechnologien in der Regel nur eine Laminatlage benötigen – hier wird das photoaktive Material direkt auf das Glas oder Rücksubstrat aufgetragen. In BIPV-Anwendungen bestehen Front- und Rückseite des Moduls meist aus Glas, was nicht nur die strukturelle Stabilität erhöht, sondern auch die Langlebigkeit unterstützt. Alternativ können in seltenen Fällen Polymerfolien als Rücksubstrat dienen.
Bei Modulen mit Glas-Folie-Aufbau ist häufig ein Aluminiumrahmen notwendig, um die Kanten zu stabilisieren und die Montage zu erleichtern. Glas-Glas-Module hingegen benötigen keinen Rahmen; sie werden typischerweise über rückseitig verklebte Montageschienen (sogenannte Backrails) oder mittels punkt- bzw. linienförmiger Klemmlagerung installiert.
Die Abmessungen der PV-Module orientieren sich an der verwendeten Zelltechnologie und den verfügbaren Fertigungsprozessen. Während bei Dünnschichtmodulen die Breite meist durch die Herstellungsanlage vorgegeben ist, lässt sich die Länge in begrenztem Maß anpassen. Kristalline Module bieten mehr gestalterische Flexibilität, allerdings sind die Solarzellen standardisiert – zum Beispiel im Format 166 × 166 mm (Typ M6). Eine Verbreiterung des Moduls bringt nur dann einen Leistungszuwachs, wenn eine zusätzliche Zelle integriert werden kann. Daher ist eine möglichst flächendeckende Zellbelegung entscheidend für eine hohe Effizienz.
2.2 Gestaltungsoptionen
Die gestalterische Qualität von BIPV ist ein entscheidender Erfolgsfaktor. Es stehen diverse Optionen zur Verfügung:
Das Bedrucken von Frontgläsern mit keramischen Farben – etwa mittels Sieb- oder Digitaldruck – eröffnet vielfältige gestalterische Möglichkeiten und erlaubt eine breite Palette an Farbtönen. Für eine intensive Farbwiedergabe muss jedoch eine ausreichende Farbmenge aufgetragen werden. Dies führt zu erheblichen Leistungsverlusten im Modul, die je nach Farbdeckung zwischen ca. 20 % und 70 % betragen können. Ursache hierfür ist, dass die Farbpigmente nicht nur selektiv Licht reflektieren, sondern auch große Teile des übrigen Sonnenspektrums absorbieren. Besonders kritisch sind helle Farbtöne wie Weiß. Abhängig vom gewählten Verfahren erfolgt der Farbauftrag entweder auf der sonnenzugewandten Seite oder der Rückseite des Glases. Beim Bedrucken der Außenseite ist zudem die Umweltverträglichkeit der Farbstoffe zu gewährleisten.
Eine alternative Technologie stellen Interferenzschichten dar. Sie erzeugen Farbeffekte durch gezielte Lichtreflexion bestimmter Wellenlängen, ohne nennenswerte Absorption. Dadurch entstehen deutlich geringere Leistungsverluste – typischerweise im Bereich von 2 % bis 15 %, abhängig von Farbton und Technologie. Ein Nachteil: Der Farbeindruck variiert je nach Betrachtungswinkel, was bei der architektonischen Planung zu berücksichtigen ist.
Zusätzlich können farbige Einlagen in das Laminat eingebracht werden, um eine farbliche Gestaltung der Module zu erzielen. Dies erfolgt entweder durch eingefärbte Laminatfolien (z. B. POE, EVA) oder durch separate Farbfilme wie PET-Folien. Diese Verfahren bieten eine größere Farbvielfalt als Interferenzschichten, gehen jedoch ebenfalls mit Leistungsverlusten von ca. 10 % bis 50 % einher.
Insgesamt gelten Interferenztechnologien als die effizienteste Variante mit den geringsten Leistungsverlusten, sind jedoch in der Farbauswahl eingeschränkt. Farbige Laminierungen und bedruckte Frontgläser ermöglichen ein breiteres Farbspektrum, verursachen aber deutlich höhere Energieeinbußen.
Ergänzend zur Farbe wirkt auch die Glasoberfläche als gestalterisches Element. Neben klassischen glatten Oberflächen (Floatglas) sind strukturierte Varianten wie Walzglas (mit grober Textur) oder satiniertes Glas (feinmattiert) am Markt etabliert. Diese Oberflächen verringern zugleich die Blendwirkung – ein entscheidender Vorteil bei Anwendungen im städtischen Raum oder in der Nähe von Verkehrswegen.
Architektonisch hochwertige Lösungen setzen eine enge Zusammenarbeit zwischen Fassadenplaner, Modulhersteller und Elektroplaner voraus. Auch objektspezifische Sonderformate wie Passplatten oder individuell designte Module sind realisierbar – unter der Voraussetzung einer wirtschaftlich durchdachten Rasterung.
