Transparente Photovoltaik

Das Funktionsprinzip transparenter Solarzellen ist das gleiche wie bei klassischer Photovoltaik: Licht trifft auf ein Halbleitermaterial und setzt elektrische Ladungsträger in Bewegung, wodurch ein Strom entsteht, der genutzt werden kann.

Der Unterschied liegt darin, dass klassische Solarzellen einen Teil des sichtbaren Lichts für die Energiegewinnung nutzen, was zu ihrer hohen Effizienz führt, während transparente Solarzellen hauptsächlich unsichtbare Lichtwellen absorbieren, also die ultraviolette (UV) und infrarote (IR) Strahlung des Lichts.

Transparente Solarmodule werden bereits seit einiger Zeit entwickelt. Mittlerweile gibt es verschiedene Methoden, um eine Transparenz bzw. Teiltransparenz von Modulen zu erzielen.

1. Teiltransparente Solarmodule

Diese Module bestehen aus monokristallinen oder polykristallinen Solarzellen, die auf durchsichtigem Material mit Zwischenräumen angeordnet werden. Das heißt, dass das Modul transparent ist, die Solarzelle selbst aber nicht. Auf diese Weise entsteht ein semitransparentes Solarmodul, durch das Licht hindurchscheinen kann. Die Lichtdurchlässigkeit hängt dabei mit der Größe der Zwischenräume zusammen.

Info: Teiltransparente Solarmodule gibt es zum Beispiel an der Fassade des Bremer Weserstadions.

2. Dünnschichtmodule

Dünnschichtige Photovoltaik-Module bestehen aus sehr dünnen Halbleiterschichten, die auf Trägermaterialien wie Glas oder Folie aufgetragen werden. Sie können in verschiedenen Transparenzgraden gefertigt werden, abhängig von der Materialdicke und der Art der Beschichtung. Dabei gilt, je durchsichtiger die Solarzellen, desto weniger Strom wird erzeugt.

3. Organische Photovoltaik (OPV)

Organische Solarzellen sind eine besondere Unterart der transparenten Photovoltaik. Diese nutzt organische Halbleitermaterialien auf Kohlenstoffbasis zur Stromgewinnung. Die Module sind besonders leicht und flexibel und lassen sich in unterschiedlichen Farben und Formen gestalten. Durch ihre natürliche Basis sind organische Solarzellen im Vergleich relativ umweltfreundlich.

4. Farbstoffsolarzellen

Farbstoffsolarzellen nutzen spezielle Farbstoffe, die auf Glas angebracht werden, um Sonnenlicht aufzunehmen und in elektrische Energie umzuwandeln. Das Funktionsprinzip orientiert sich dabei an der natürlichen Photosynthese. Auch hier gibt es Unterschiede in der Effizienz: Je intensiver die Färbung, desto höher ist die Stromausbeute. Farbstoffsolarzellen sind auch als DSSC (dye-sensitized solar cells) bekannt.

5. Perowskit-Solarzellen

Perowskit-Solarzellen nutzen eine spezielle Kristallstruktur, die dem Mineral Perowskit ähnelt und höhere Wirkungsgrade als andere transparente Solarzellen ermöglichen. Auch weil die Solarzelle kein Silizium benötigt, wird intensiv an einer Weiterentwicklung geforscht.

Transparente Solarmodule eröffnen Möglichkeiten für viele Einsatzorte, an denen bisher keine Photovoltaik genutzt werden konnte. Durch die höhere Lichtdurchlässigkeit bieten sie die perfekte Kombination aus Tageslichtnutzung, Wetterschutz und Energiegewinnung. Beispielsweise eignen sich transparente Solarzellen im Fenster perfekt für gebäudeintegrierte Photovoltaik (engl: building-integrated photovoltaics).

Unter anderem in folgenden Bereichen könnten transparente Solarmodule sinnvoll eingesetzt werden:

• Als Fensterscheibe in Büros, Hotels, Privathaushalten oder anderen Gebäuden
• Als Überdachung für Carports, Bushaltestellen oder landwirtschaftliche Flächen
• Als Kombination aus Dach und Scheibe für Wintergärten

Die transparenten Solarzellen könnten in Zukunft möglicherweise sogar in Autoscheiben verbaut werden, um Batterien mit Strom zu versorgen. So könnte beispielsweise die Reichweite von E-Autos nachhaltig und platzsparend erhöht werden.

Transparente Solarmodule – Herausforderungen

Eine zentrale Herausforderung in der Entwicklung transparenter Module ist die vergleichsweise geringe Stromausbeute. Mit einem Wirkungsgrad von oft nur wenigen Prozenten liegen sie deutlich unter dem klassischer Solarmodule.

Zudem sind die Produktionskosten derzeit noch relativ hoch, was einen raschen Siegeszug dieser alternativen Energiegewinnung bremst.

Außerdem sind einige Aspekte der durchsichtigen Solarmodule noch nicht vollständig ausgereift. Je nach Material schwankt die Haltbarkeit, und auch die Verfügbarkeit am Markt ist aktuell noch eingeschränkt. Deshalb kommen transparente Solarmodule bislang meist nur in Pilotprojekten oder speziellen Bauvorhaben im Einsatz.

Transparente Solarmodule – Potenziale

Ein großer Vorteil transparenter Solarmodule ist ihre dezente Optik. Sie fügen sich harmonisch in Architekturen ein und gelten oft als deutlich ästhetischer als die klassischen, großen Solarpaneele.

Durch ihre hohe Lichtdurchlässigkeit können neue Flächen für die Solarstromerzeugung erschlossen werden – wie Fassaden oder Glasflächen –, die bislang ungenutzt blieben.

Forschungsergebnisse im Bereich der transparenten Photovoltaik könnten auch Erkenntnisse für die klassische Photovoltaik nach sich ziehen und den Bereich der solaren Energiegewinnung insgesamt voranbringen.