Solardach in Rot: Turnhalle in Eppingen erhält Solardach mit MorphoColor Farbschicht

(21.6.2023) Damit Gebäude auch bei zurückhaltender Optik Solarstrom produzieren können – was insbesondere bei denkmalgeschützten Bauten ein entscheidender Punkt ist – braucht es integrierbare PV-Module in angepassten Farben. Im Rahmen des Forschungsprojekts „PVHide“ installierten das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit dem Modulhersteller AxSun Solar, der Interpane Entwicklungs- und Beratungsgesellschaft sowie der Stadt Eppingen eine ziegelrote PV-Anlage direkt in das Dach einer Turnhalle. Die Pilotinstallation besteht aus 224 PV-Modulen mit MorphoColor-Farbschicht, die auf beiden – nach Osten und Westen ausgerichteten – Dachflächen installiert wurden. Die PV-Anlage mit einer Gesamtleistung von 66 Kilowatt Peak produziert mindestens 90% des Stroms, den eine klassische PV-Dachanlage mit unbeschichteten Gläsern erzeugen würde.

Im Rahmen des Forschungsprojekts „PVHide“ wurde eine ziegelrote PV-Anlage in das Ziegeldach eines historischen Gebäudes integriert. (Bild: Fraunhofer ISE / Sarah de Carvalho) 

Photonische MorphoColor-Struktur ermöglicht farbige Deckgläser von PV-Modulen

Ziel des Forschungsprojekts „PVHide“ war es, skalierbare Konzepte für kostengünstige und harmonisch in das Gebäude integrierbare PV zu entwickeln. Dafür entwickelte das Fraunhofer ISE die nächste Generation ihrer patentierten photonischen MorphoColor-Struktur zur farbigen Gestaltung des Deckglases von PV-Modulen oder auch solarthermischen Kollektoren. Interpane setzte die MorphoColor Beschichtung der Modul-Gläser auf industriellen Anlagen um. Damit baute AxSun dann farbige PV-Module, die sich zur harmonischen Integration in Dächer eignen.

„Mit der grünen PV-Anlage, die wir letztes Jahr in die Fassade unseres Zentrums für höchsteffiziente Solarzellen integriert haben, wollten wir architektonische Akzente setzen. Das Turnhallen-Dach in Eppingen zeigt nun den anderen Anwendungsfall, möglichst dezent in der Gebäudehülle zu verschwinden“, unterstreicht Dr. Harry Wirth, Bereichsleiter für Photovoltaische Module und Kraftwerke am Fraunhofer ISE. „Das ist ein wichtiger Meilenstein, der beweist: Bauwerkintegrierte PV funktioniert.“

Mit der Installation der PV-Anlage in ein historisches Gebäude wurden die Entwicklungen nun in die Praxis überführt. „Die Fertigstellung der Pilotanlage ist ein wichtiger Schritt vorwärts für die großflächige Umsetzung von MorphoColor. Seit der Herstellung der farbigen Glasscheiben konnten wir unser Verständnis der Optik und die Winkelstabilität der Farben noch deutlich verbessern“, sagt Dr. Thomas Kroyer, Projektleiter am Fraunhofer ISE. „Die nächsten PV-Module, die jetzt mit MorphoColor beschichtet werden, zeigen immer ihre intensive Farbe, egal von wo die Sonne auf sie scheint.“

Die photonische MorphoColor-Struktur schränkt den Wirkungsgrad der PV-Module nur minimal ein. (Bild: Fraunhofer ISE / Thomas Kroyer) 

Trotz Farbbeschichtung fast gleich bleibender Wirkungsgrad

„Wir sind froh, den Denkmalbesitzern in unserer historischen Altstadt nun vor Ort ein Best-Practice Beispiel nach dem neuesten, machbaren und auch bezahlbaren Stand zeigen zu können. Für uns ein wichtiger Schritt in Richtung ästhetischer Integration von PV-Anlagen in den altehrwürdigen Bestand unserer Fachwerkstadt“, so Thomas Frey, Architekt und Abteilungsleiter Hochbau der Stadt Eppingen.

»Wir sind begeistert, dass wir durch die Beschichtung der Solargläser mit MorphoColor in der Farbe Rot ein Produkt für Ziegel-Dächer und für den Denkmalschutzbereich mit aufnehmen konnten. Diese PV-Module bieten wir sowohl für den Aufdach- als auch Indachbereich an«, sagt Jennifer Hafner aus dem Vertrieb der Firma AxSun Solar. 

Dr. Hansjörg Weis, Entwicklungsleiter bei der zur AGC Gruppe gehörenden Interpane Entwicklungs- und Beratungsgesellschaft sagt: »Wir sind fasziniert, welch ästhetisch ansprechende Lösungen bei fast gleichbleibend hohem Wirkungsgrad möglich sind. Wir konnten unsere Beschichtungstechnologie bei AGC Interpane weiterentwickeln, um diese anspruchsvollen Farbschichten im Prototypenmaßstab zu realisieren. Jetzt steht die Aufskalierung in die Produktion an.«

Gefördert wurde das Vorhaben vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK. Nachdem nun die Module montiert sind, kann nun das Fraunhofer ISE mit dem Monitoring der dachintegrierten PVAnlage beginnen. Anhand der gemessenen Einstrahlungswerte berechnet das Forschungsinstitut den zu erwartenden Ertrag und vergleicht ihn mit den real ermittelten Erträgen der PV-Anlage, die ebenfalls erfasst werden.

Morpho-Schmetterling als Inspiration für die Forschung

Die MorphoColor-Farbschicht ist eine photonische Struktur, bei der eine Interferenzschicht so mit einem geometrisch strukturierten Substrat kombiniert wird, dass sich ein besonders schmalbandiges Reflexionsmaximum ergibt. Da nur geringe Teile des Lichtspektrums reflektiert werden, kann das restliche Sonnenlicht ungestört passieren. Die Effizienz des Moduls verringert sich relativ gesehen – verglichen mit einem unbeschichteten Modul – nur um deutlich weniger als zehn Prozent. Das Moduldesign ist durch den Morpho-Schmetterling inspiriert, dessen intensiv blaue Flügel einen in weiten Bereichen winkelstabilen Farbeindruck erzeugen. Eine Vielzahl an Farben lassen sich mit dieser Technologie umsetzen, die unterliegenden Solarzellen sind nicht mehr sichtbar. Die MorphoColor-Gläser können auch für bauwerkintegrierte farbige solarthermische Kollektoren oder PVT-Kollektoren verwendet werden.