BIPV wird farbig

21 Juni 2021

Farbige Module, hergestellt von Sunage SA. Quelle: SUPSI.

Die Ausführung von gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV)-Fassaden mit schwarzen und blauen Standartmodulen war ein erster Innovationsschritt im Prozess der PV-Übertragung in nachhaltige Gebäude. Heutzutage suchen Architekten nach zusätzlichen BIPV-Produkten, um aktive Fassaden mit neuartiger Architektursprache zu gestalten. Aus diesem Grund haben die BIPV-Hersteller damit begonnen, BIPV-Module individuell zu gestalten, um den Anforderungen der Architekten und Kunden gerecht zu werden.

Welche Färbetechniken werden verwendet, um farbige BIPV-Module zu erhalten?

In den letzten Jahren wurden verschiedene Techniken entwickelt und angewandt, um farbige oder texturierte BIPV-Module herzustellen. Einige dieser Methoden werden im Folgenden vorgestellt:

Farbige Zwischenschichten: Eine Zwischenschicht in einer bestimmten Farbe und/oder mit einem bestimmten Muster kann als Verkapselung in das Modul laminiert werden, wodurch ein farbiges oder texturiertes Erscheinungsbild entsteht.

Farbiges Verkapselungsmaterial: Anstelle zusätzlicher farbiger Zwischenschichten, kann das Verkapselungsmaterial selbst aus farbigem Polyvinylbutyral (PVB) hergestellt werden, um farbige Gläser mit unterschiedlichen Transparenzgraden zu erhalten.

Spezielle Sonnenfilter: Streu- und Reflexionsfilter, wie z.B. spektralselektive Filter, wurden für die Verwendung auf Frontglas entwickelt. Diese Filter zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich bei verschiedener Wellenlänge des Lichts unterschiedlich verhalten. Dies führt zu einem homogenen farbigen oder texturierten Erscheinungsbild, das die PV-Zellen, die noch einen Teil der Sonneneinstrahlung umwandeln, vollständig verdeckt.

Frontglasbehandlung: Typische Glasbehandlungen für farbiges Glas können auch zur individuellen Gestaltung des Frontglases von BIPV-Modulen eingesetzt werden. Zu diesen Farbbehandlungen gehören gesintertes Glas (eine farbige Keramikpaste wird auf das Glas aufgetragen, bevor es gehärtet wird, um farbiges Glas mit unterschiedlichen Transparenzgraden zu erhalten), digital bedrucktes Glas (spezielle Tinte wird auf die Glasoberflächen aufgetragen, um farbiges oder dekoriertes Glas mit unterschiedlichen Transparenzgraden zu erhalten) oder in Serie gefärbtes Glas (in bestimmten Phasen der Glasherstellung werden chemische Zusatzstoffe beigefügt, um halb transparentes Farbglas zu erhalten).

Wie wirkt sich farbiges Frontglas auf die BIPV-Hülle aus?

Viele Eigenschaften können durch getöntes Frontglas beeinflusst werden, wie z.B. das ästhetische Erscheinungsbild, die Blendwirkung und PV-Leistung, um nur einige zu nennen.

Ästhetik
Durch die Verwendung von getöntem Frontglas können die Photovoltaikzellen teilweise oder ganz verdeckt werden, so dass Architekten und Fassadendesigner nicht auf die quadratische oder rechteckige Zellenanordnung herkömmlicher Photovoltaikmodule angewiesen sind. Stattdessen können sie mit homogenen Farbflächen arbeiten und die architektonische Sprache der Fassade durch die individuelle Gestaltung des Photovoltaikmoduls prägen.

Blendwirkung
Die Blendwirkung von Photovoltaikmodulen wurde untersucht, um Blendungen in der Nähe von Flughäfen zu vermeiden (z.B. Jakubiec, J. A. & Reinhart, C. F., 2014). Die von Photovoltaik-Glas erzeugte Blendung kann jedoch Auswirkungen auf städtische Gebiete und ihre Bewohner haben. Als Vorsichtsmassnahme sollte diese Auswirkung durch vorbeugende Massnahmen mit wirtschaftlich machbaren Lösungen und Techniken so weit wie möglich reduziert werden. Eine störende Blendung könnte zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Wohlbefindens führen. Die Intensität und Dauer der Blendung muss daher sorgfältig abgewogen werden, um sicherzustellen, dass sie nicht schädlich oder störend ist. Dunkle, undurchsichtige Materialien sind zu bevorzugen, dass sie ein zuverlässiges Reflexionsvermögen haben¹. Auch die Lage und Funktion des geblendeten Betrachtungspunktes spielt eine Rolle, wobei eine psychologische und subjektive Komponente einfliesst. Was den Komfort betrifft, so können bei halbtransparenten Modulen die Qualität des Tageslichts in den Innenräumen, die Gleichmässigkeit, der Tageslichtfaktor oder die Wahrscheinlichkeit der Blendung den Energieverbrauch beeinflussen².

Erwähnenswert ist, dass das Frontglas der Photovoltaikmodule, das anstelle von Standard-Solarglas aus satiniertem Glas besteht, sich durch einen Dispersionseffekt auszeichnet, der zu einer deutlichen Reduzierung der Blendwirkung führt. Diese Lösung kann besonders interessant sein, wenn BIPV-Module als Fassadenelemente installiert werden.

PV-Produktion
Wenn ein Standard-Solarglas auf der Vorderseite durch ein kundenspezifisch gefärbtes Glas ersetzt wird, verringert sich die Einstrahlung auf die hinteren Solarzellen, was sich in einer geringeren Energieerzeugung ausdrückt. Um die Auswirkungen von unterschiedlich gefärbtem Frontglas auf das Verhalten von BIPV-Modulen zu untersuchen, wurden an der SUPSI, im Rahmen eines von der Schweizerischen Kommission für Technologie und Innovation (n°CTI 27973.1 INNO-IW) unterstützten gemeinsamen Forschungsprojekts mit der SUNAGE SA, Voruntersuchungen durchgeführt. Mehrere BIPV-Prototypen wurden hergestellt, indem zwei Hauptgestaltungsoptionen für das Frontglas kombiniert wurden, nämlich der Glastyp (Solarglas und satiniertes Glas) und der Farbtyp (blau, grün, terrakotta, hellgrau und dunkelgrau) mit mit geringer Farbauftragsmenge. Durch interne und externe Messkampagnen haben sich bereits folgende Feststellungen ergeben:

Einfluss des Glastyps: Bei der Verwendung von (Mattglas) satiniertem Glas anstelle von Standard-Solarglas sind die Photovoltaik-Zellen für das menschliche Auge weniger „sichtbar“, da auf der Frontschicht ein Diffusionseffekt auftritt. Unter dem Gesichtspunkt des elektrischen Verhaltens zeigen Messungen in Innenräumen, dass (Mattglas) satiniertes Glas einen höheren Wirkungsgrad als Solarglas hat, da die für Glas typische spiegelnde Reflexion vermieden wird. Genauere Untersuchungen werden in der freien Natur durchgeführt.

Einfluss des Farbtyps: Das Aufbringen verschiedener Farben auf das Frontglas bei gleicher Farbdeckung führt zu einem unterschiedlichen elektrischen Verhalten der BIPV-Module. Dies ist auf die spektralen Eigenschaften der verwendeten Farben zurückzuführen, die die Ausgangsleistung der Solarzelle unterschiedlich beeinflussen können. Messungen im Innen- und Aussenbereich zeigen, dass blaue und grüne Farben die geringsten Leistungsverluste verursachen, gefolgt von Terrakotta und hellgrauen Farben, während dunkelgraue Farben den höchsten Leistungsverlust verursachen.