 | Thema Photovoltaik (Solarstrom) vom 16.09.2002 @ 13:53:24 CEST
Mit Sonne und Farbe in die Zukunft
 Allein auf die Fläche des Bundesgebiets strahlt die Sonne jährlich eine Energiemenge von 300 Billionen Kilowattstunden (kWh) ab. Dies entspricht etwa der hundertfachen Menge der in Deutschland benötigten Primärenergie. Vor dem Hintergrund von Ressourcenschonung und Energieknappheit besitzt die Strom- und Wärmeerzeugung mit regenerativen Energiequellen in Forschung und Politik einen hohen Stellenwert. Deshalb und dank immer neuer Entwicklungen und Fördermaßnahmen befindet sich die Solarenergie auf dem Vormarsch.
Das derzeitige Wachstum auf dem Photovoltaik-Markt lässt selbst die in den letzten Jahren erfolgsverwöhnte Mobilfunkzunft vor Neid erblassen. Seit 1997 wächst der Markt in Deutschland jährlich zwischen 20 und 43 Prozent, Deutschland ist mit etwa 190 MW installierter Solarstromleistung (Stand Ende 2001) Europameister und Nummer drei hinter Japan und den USA. Allein im Jahr 2001 installierte die deutsche Photovoltaikbranche über 20.000 Solaranlagen mit etwa 65 MW Leistung.
Diese Entwicklung und das Bewusstsein über eine zunehmende Ressourcenverknappung war auch 1999 für ThyssenKrupp Bausysteme der Anlass in den Photovoltaikmarkt einzusteigen. Seit 3 Jahren produziert das Unternehmen ein modulares, auf Stahlprofilen basierendes Photovoltaiksystem. Diese Produktlinie deckt etliche Komponenten ab, die Bauherren und Architekten bisher vermissten. Die Solarelemente müssen nicht mehr aufgeständert werden, sondern ersetzen die üblichen Dachflächen. Die neuesten Elemente der Reihe schützen zusätzlich vor Wärmeverlusten durch eine integrierte Dämmschicht und selbst eine farbige Fassadengestaltung ist mit diesem System möglich.
Das letztere ist eine Innovation, die lange Zeit vernachlässigt wurde. Mittlerweile beschäftigt die Großen der Branche zusehends das Thema der Gebäudeintegration von Photovoltaikanlagen. Einer der Marktführer der Solarbranche, BP Solar, betrachtet Architektur und Bautechnologie als Zugpferd für die neue Entwicklungsrichtung der Solarenergie: „Bisher stand die Anwendungsforschung von Solartechnologie an erster Stelle, mittlerweile sind auch enorme Fortschritte bei der Integration von solaren Energien als Baumaterialien unter architektonischen und gestalterischen Gesichtspunkten erzielt worden.“ Der Trend geht also hin zur gebäudeintegrativer Technik.
Die Technik von THYSSEN Solartec®
Die Lösung hierfür hat ThyssenKrupp Bausysteme bei UNI-SOLAR® gefunden. In einem kontinuierlichen Rollenbeschichtungsverfahren werden neun nanokristalline, siliziumlegierte Dünnschichten aufeinander laminiert. Im Prinzip besteht das Solarlaminat aus drei übereinanderliegenden, transparenten Solarzellen, die auf unterschiedliche Lichtwellenlängen reagieren. Eine weitere technische Feinheit erhöht den Anlagenwirkungsgrad bei Teilabschattungen der Dach- oder Fassadenfläche. Die einzelnen Zellen werden beim Laminieren mit Bypass-Dioden derart verschaltet, dass bei Abschattung einzelner Zellen nicht, wie bei anderen Anlagen, direkt das gesamte Modul abschaltet, sondern lediglich eine partielle Leistungsminderung eintritt.
Das Solarzellenpaket wird auf farbig beschichtete Stahlblech-Elemente fixiert. Dadurch entstehen leichte, robuste und stabile Elemente, die im Gegensatz zu kristallinen Photovoltaikzellen keinen Unterbau und keine schützende – und schwere – Abdeckplatte aus Glas mehr benötigen. Der Bauherr, der im Zuge eines Neubaus oder einer Sanierung gleichzeitig eine Solarstromanlage einplant, kann also eine Dacheindeckung oder die äußere Fassadendeckschicht einsparen und muss sich keine Gedanken machen, wie die Solarmodule auf dem Dach befestigt werden. Ullrich Finger, Geschäftsführer der ThyssenKrupp Bausysteme: “Mit Solartec haben wir ein interessantes Produkt, das aktiv Energie erzeugt, durch Wärmedämmung passiv Energie bewahrt und den Wetterschutz sowie die Statikfunktion berücksichtigt. Ich kann mir kaum vorstellen, was darüber hinaus noch in eine Fassade oder Dach integriert werden könnte.”
Wirkungsgrad versus Ausbeute
Die Begründung, dass nanokristalline Solarsysteme noch keine größere Bedeutung erlangen konnten, ist der Nennwirkungsgrad, der unter genormten STC-Bedingungen (Solar Test Conditions) gemessen wird. Fast alle Module der Top 4 – Sharp, BP Solar, Kyocera und das Konsortium Shell Solar/Siemens – setzen auf Module aus kristallinem Silizium, das im STC-Test oft eine doppelt so hohe Effizienz wie nanokristallines Silizium aufweist.
Die nanokristalline Tripelzelle mit ihren drei lichtempfindlichen Schichten zeigt ihre wahren Qualitäten erst im Praxisbetrieb. Bei den in Deutschland oft anzutreffenden diffusen Lichtverhältnissen schlug das Solartec System in einem Vergleich der Photon International alle renommierten Konkurrenten aus dem Feld. Unter diesen Verhältnissen zeigen die drei, auf Licht unterschiedlicher Wellenlänge reagierenden Schichten, Wirkung: das Modul lieferte eine gut 19 Prozent höhere Jahresleistung als das beste auf kristallinem Silizium basierende Modul des Vergleichstests. Vor dem Hintergrund des STC-Wirkungsgrads lag der Anlagenwirkungsgrad bei erstaunlichen 95 Prozent.
Produktionsvarianten
Die Produktion von Dünnschichtsolarzellen, zu denen die nanokristallinen Tripelzellen zählen, läuft sehr ressourcenschonend ab. Bei gerade einmal 300°C wird Silizium auf ein Trägermaterial abgeschieden. Geringe Schichtstärken von weniger als 1 µm sorgen dafür, dass etwa 200 Mal weniger Silizium benötigt wird, als es eine kristalline Zelle erfordert. Die Einsparung des Siliziums ist gerade auch dann ein wichtiger Aspekt, wenn man die derzeitige Diskussion über die absehbare Verknappung verfolgt.
Die kristallinen Zellentypen sind nicht nur auf dem Markt Schwergewichte, sondern auch bei der Produktion und im Aufbau. Für die Schmelze des Siliziums werden Temperaturen um 1500 Grad benötigt – die fünffache Temperatur, mit der nanokristallines Silizium verarbeitet wird. Die aus der Schmelze gegossenen bzw. gezogenen “Rohkörper” der kristallinen Solarelemente werden – mit dem entsprechenden Materialverlust – auf die gewünschte Dicke zersägt.
Perspektive Design
Ein wesentliches Argument für gebäudeintegriertes Design der Photovoltaikanlagen ist, dass der Sonnenstrom dort erzeugt wird, wo er benötigt wird. Ein Drittel des gesamten Stromverbrauchs in den Industriestaaten findet in Gebäuden statt. Insofern sind Gebäude die Träger dieser Technik.
Wenn der Farbdesigner Friedrich-Ernst von Garnier von der „Ökologie fürs Auge spricht“ hat er nicht nur private Bauherren im Kopf, sondern gerade auch Industriebauten, deren Erscheinungsbilder oftmals geradezu groteske Formen angenommen haben: „Schauen Sie sich zum Beispiel Müllverbrennungsanlagen an: Wir geben uns unglaubliche Mühe unsere Landschaften sauberer zu bekommen, aber für das Auge verschmutzen wir sie gleichzeitig.“ ThyssenKrupp Bausysteme hat sich für die Ideen des Farbphilosophen begeistern können und hat bei der Fassadengestaltung der Warmbandspaltanlage in Duisburg Herrn von Garnier mit an Bord genommen. Die Möglichkeit Solarfassaden farbig zu gestalten ist sicher insbesondere für Industriebauten ein Plus. Für die Außenwirkung eines Unternehmens stehen eben nicht nur Geschäftspapiere und ein respektables Auto, sondern auch die Produktglaubwürdigkeit. Diese ist erst dann gegeben, wenn die Versprechen an den Kunden sich in der eigenen Unternehmensstruktur bis hin zur Gestaltung des Gebäudes wiederfinden.
Kawaters
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