Im Projekt PV@Fassade erforschen ExpertInnen aus Wissenschaft und Wirtschaft effiziente und ästhetisch ansprechende Komponenten und Systeme für die bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV). Speziell in Österreich, wo freiliegende Flächen vorrangig landwirtschaftlich genutzt werden, liegen potenzielle Installationsflächen für Photovoltaik überwiegend an Gebäuden. Nicht nur Dachflächen, sondern auch Fassaden, Balkone und Überdachungen könnten zukünftig verstärkt für die Integration von Photovoltaik-Modulen genutzt werden.

BIPV-Module auf Basis der kristallinen Silizium-Technologie und Glas/Glas-Aufbau sind seit Jahren im Einsatz und haben sich als effizient und zuverlässig erwiesen. Aktuell sind in Österreich nur ca. 2,4 % der Photovoltaik-Anlagen in die Gebäudehülle integriert, davon nur 0,6 % in die Fassade. Für die Gebäude- und speziell für die Fassadenintegration fehlt es derzeit noch an technisch, wirtschaftlich und ästhetisch ansprechenden Lösungen mit innovativen PV-Technologien und neuen Rückseitenmaterialien. Bei der Integration von PV-Anlagen in Gebäuden stellen sich spezielle Herausforderungen, sowohl bei der Konstruktion, der Verschaltung, den Materialien und dem Design als auch in Bezug auf die Effizienz und Langzeitbeständigkeit der PV-Komponenten.

Forschungsziele

Im Rahmen des interdisziplinären Projekts PV@Fassade arbeiten neun Partner aus Industrie und Forschung unter Leitung des OFI Österreichisches Forschungsinstitut für Chemie und Technik daran, Lösungen für die komplexen Fragestellungen der bauwerkintegrierten Photovoltaik zu entwickeln. So soll die Wissens- und Technologiebasis geschaffen werden, um kostengünstige, zuverlässige und ästhetisch ansprechende BIPV-Konzepte umsetzen zu können. Die Forschungsarbeiten umfassen die Entwicklung von optimierten PV-Aktivmaterialien (crystalsol GmbH, Sunplugged – Solare Energiesysteme GmbH) und deren Lamination/Verklebung mit einem von der Firma Fritz Egger GmbH entwickelten Fassadenelement (Kompaktplatte) zu einem langzeitbeständigen Multimaterialverbund. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Erarbeitung von innovativen Verschaltungs- und Integrationskonzepten zu effizienzoptimierten PV-Fassadenelementen.

Ein wichtiger Aspekt ist die Verknüpfung von Photovoltaik-Technologie und Architektur. Dazu gehört auch die Entwicklung von neuen Lösungen für die farbliche Gestaltung der PV-Module. Dies soll die Akzeptanz von Photovoltaik an Gebäuden bei den zukünftigen NutzerInnen verbessern. Die erarbeiteten Konzepte werden mit ArchitektInnen, Studierenden und NutzerInnen diskutiert, beim Forschungspartner JOANNEUM RESEARCH Materials evaluiert und in den Optimierungsprozess eingearbeitet.

Aktuelle Ergebnisse

In allen Forschungsschwerpunkten konnten bereits wichtige Ergebnisse erzielt werden. Das optische Erscheinungsbild der PV-Fassadenelemente ist ein zentrales Thema. Durch Bedrucken oder Einfärben der Glasoberflächen (ertex Solartechnik GmbH) oder der Solarzellen (JOANNEUM RESEARCH Materials) im Modul können verschiedene Farbvariationen erzeugt werden. Welchen Einfluss dies auf die Leistung der PV-Elemente hat, wurde am AIT Austrian Institute of Technology experimentell ermittelt. Zahlreiche Verfahren für den Beschichtungsprozess von kristallinen Silizium-Solarzellen konnten getestet und verschiedene Farbmuster hergestellt werden. Auch Kupfer-Zink-Zinnsulfid (CZTS) Dünnschicht-PV-Folien der Firma crystalsol GmbH wurden für die Anforderungen der Gebäudeintegration adaptiert und in mehrfärbigen Mustern ausgeführt. Bei der Firma Sunplugged – Solare Energiesysteme GmbH wird derzeit an Optimierungen von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) PV-Folien gearbeitet.

Für die Lamination mit PV-Einkapselungsmaterialien wurden bei ertex solartechnik GmbH die optimalen Einstellungen für Poly-vinylbutyral (PVB) gefunden, um die Fassadenplatten mit der PV-aktiven Schicht verbinden zu können. Es konnten Multimaterialverbunde mit Kompakt-Fassadenplatten der Firma Fritz Egger GmbH hergestellt werden. Aufbauend auf neuen Montage- und elektrischen Leitungskonzepten wurde von der Firma Pasteiner Fassadenbau GmbH ein optimiertes System für Fassadenelemente umgesetzt.

Die entwickelten Mustermodule wurden an einem Mini-Fassadenturm und einer großflächigen Testfassade eingebaut und können nun im Einsatz evaluiert werden. Im Fassadenturm werden die verschiedenen Zelltechnologien u. a. auf den Einfluss der Einstrahlungsrichtung auf das jeweilige Leistungsverhalten vom CTR Carinthian Tech Research GmbH getestet. An der Testfassade bei SFL technologies GmbH in Stallhofen in der Steiermark wurden acht Versuchsfassadenelemente (1 m x 0,7 m) installiert. Über ein Jahr werden die Erträge der Module über eine eigens vom AIT entwickelte Messelektronik gemeinsam mit meteorologischen Daten erfasst, um die Leistungsfähigkeit und Stabilität der PV-Elemente unter realen Bedingungen bewerten zu können. Weiters wird vom CTR eine modulintegrierbare Sensorik für Schlüsselparameter wie Feuchte, Temperatur und mechanische Spannungen entwickelt.

Von den ExpertInnen des OFI werden die neu entwickelten Module auf die Materialverträglichkeit der eingesetzten Komponenten untersucht. Als große Herausforderung hat sich dabei die chemische, thermische und mechanische Stabilität der Materialien im Multimaterialverbund im Laufe von beschleunigten Alterungstests herausgestellt. Aktuell wird an Optimierungen für eine verbesserte Langzeitbeständigkeit gearbeitet.