Die fassadenintegrierte Photovoltaik ist ein wesentlicher Ansatzpunkt für den Einsatz von transparenten und opaken Solarstromverglasungen für Gebäude. Dünnschichtsolarzellen gestatten es, mittels Laserstrukturierung die Solarmodule mit einer gewissen Transparenz herzustellen, somit bleiben Außenkonturen durch eine solche Verglasung hindurch erkennbar. Daneben sind auch opake Anwendungen erhältlich. Die Glaswerke Arnold bieten mit ihren Voltarlux Solarstromverglasungen beide Varianten für die Fassadenintegration an.
Dünnschicht-Solarmodule bestehen wie kristalline Solarzellen im Wesentlichen aus einem Halbleitermaterial wie z.B. „CIS“ oder amorphen Silizium. Die Dünnschicht-Solarzellen sind nur ca. 1/100-mal so dick wie kristalline Solarzellen und werden großflächig auf das Glas abgeschieden. Aufgrund dieser geringen Dicke lässt sich mittels versetzten Aufbringens der einzelnen Schichten und Laserstrukturierung eine integrierte Verschaltung realisieren. Die „kleinste Einheit“ einer solchen Solarzelle ist damit nicht eine einzige Zelle, sondern immer ein sogenanntes „Rohmodul“, in dem die Reihenschaltung der einzelnen Solarzellen bereits realisiert ist.
Aufbau der Solarverglasungen
Mit den von den Glaswerken Arnold derzeit eingesetzten ASI Thru- und ASI Opak-Rohmodulen lassen sich bei voller Sonneneinstrahlung bis zu 53 Wp pro m2 aktiver Fläche erzeugen. Das entspricht je nach Standort und Systemkonfiguration einem maximalem Jahresertrag von ca. 45 kWh/m2. Die opaken Module leisten bis zu 53 Wp pro m2, hier liegt der Jahresertrag bei bis zu 60 kWh/m2, je nach Aufbau und Konfiguration.
Die ASI Isoliergläser, bestehen zunächst aus einer Frontscheibe, auf die rückseitig ASI Rohmodule auflaminiert werden. An den Rändern lässt sich die Scheibe mit einem Siebdruck versehen, um z.B. die Unterkonstruktion abzudecken. Dieser Verbund wird rückseitig mit einer VSG-Scheibe geschützt, die gleichzeitig mit einer hochwärmedämmenden Beschichtung versehen ist. Der SZR wird wie bei Standardisoliergläsern mit Argon befüllt, womit man aktuell übliche Wärmedämmwerte erreicht. Auch 3-fach-Isoliergläser sind mit diesen Solaranwendungen herstellbar.
Sind Einfachverglasungen gewünscht, werden die Solarstrom-Rohmodule zwischen einer Front- und einer Rückscheibe einlaminiert.
Dünnschichtmodule bieten einige Vorteile: sie erlauben in einem Glas die Kombination von Stromerzeugung, Verschattung, Wärme-, Schall- und Einbruchschutz; wobei selbst bei geringer Sonneneinstrahlung die Stromerzeugung funktioniert. Der finanzielle Mehraufwand wird dabei meist durch die Kombination der Funktionen in nur einem Glas kompensiert. Der Einsatz von Siebdruck, Farbfolien oder Fusing-Gläsern sowie von PVB-Verbundtechnik ist möglich. Die Standardmodule von Arnold Glas verfügen über eine allgemeine Bauaufsichtliche Zulassung.
Referenzobjekte
Eines der größten Projekte der Glaswerke Arnold mit 2900 fassadenintegrierten Dünnschicht-Modulen wurde in New York realisiert. Die Bahnsteige des S-Bahnhofs Stillwell Avenue sind von einem Glasdach (5300 m2 als PVB-Laminate) mit integrierten opaken Solarstrommodulen (Anlageleistung: 240 kWp) überdeckt. Der jährliche Solarertrag liegt bei 300000 kWh, was ausreicht, um etwa 100 Haushalte mit Strom zu versorgen. Die Dachverglasung dient gleichzeitig der Ausleuchtung der Bahnsteige mit Tageslicht. Die Solarstromelemente sind deshalb mit umlaufenden Klarglasrändern versehen.
Ein weiteres Großobjekt war in Ingolstadt die Ausstattung des Güterverkehrszentrum Bayerns mit Solarstromgläsern. Hier wurden zwei Gebäude mit unterschiedlichen Modulen versehen. Die Halle J erhielt vorgehängte PV-Glaslaminate, die gleichzeitig eine Designfunktion im Brüstungsbereich übernehmen. Die Fassade der HalleM erhielt Photovoltaik-Isoliergläser. Dort wurden im Brüstungsbereich opake Laminate und für die Büroraumverglasungen semitransparente Isoliergläser verwendet. Zur optischen Aufhellung der Fassade sind die opaken Module mit einem Frontglassiebdruck versehen. Das hier eingesetzte größte Modul hat die Dimensionen 2300 mm x 3300 mm. Die Leistung beider Anlagen zusammen liegt bei ca. 90 kWp. —
Dünnschichtmodule: Das können sie leisten
Mehrere Funktionen in einem Glas möglich (Stromerzeugung, Verschattung, Wärme-, Schall- und Einbruchschutz)
attraktive Designs durch Einsatz von Siebdruck, Farbfolien oder Fusing-Gläsern
Stromerzeugung auch bei wenig Sonne
keine störende Schlagschattenbildung
PVB-Verbundtechnik
Standardmodule mit allgemeiner Bauaufsichtlicher Zulassung