Was sind transparente Solarmodule?
Transparente Solarmodule, auch als lichtdurchlässige oder semitransparente Solarmodule bezeichnet, sind Photovoltaik-Module, bei denen sowohl die Vorder- als auch die Rückseite aus transparentem Glas bestehen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarmodulen mit einer Kunststoff-Rückseite können die transparenten Module Licht auf beiden Seiten durchlassen.
Die einzelnen Solarzellen innerhalb des Moduls sind in bestimmten Abständen zueinander angeordnet, sodass das Tageslicht durch die Zwischenräume und die Modulränder hindurchfallen kann. Die Solarzellen selbst sind jedoch nicht lichtdurchlässig, sondern absorbieren das Sonnenlicht zur Stromerzeugung.
Durch ihre Transparenz ermöglichen es diese Solarmodule, gleichzeitig Strom zu erzeugen und dennoch einen Teil des Tageslichts durchzulassen. Dadurch eignen sie sich besonders für Anwendungen, bei denen eine gewisse Lichtdurchlässigkeit erforderlich ist, wie zum Beispiel als Überdachungen für Terrassen, Carports oder in der Landwirtschaft.
Wie sind transparente Solarmodule aufgebaut?
Transparente Solarmodule sind im Grunde genauso aufgebaut wie konventionelle Solarmodule – mit dem entscheidenden Unterschied, dass sie statt einer Kunststoff-Rückseitenfolie eine Rückseite aus Glas haben. An transparenten Rückseitenfolien wird derzeit noch geforscht, bisher haben sie sich allerdings noch nicht in der Masse durchgesetzt, da Doppelglas-Module weitere Vorteile als die reine Transparenz bieten.
Im Inneren des transparenten Moduls sitzen die Solarzellen, die in sogenannten Strings miteinander verschaltet sind. Ihr Abstand zueinander kann etwas größer als bei konventionellen Solarmodulen sein, damit mehr Licht durch die Zwischenräume fallen kann. Dies findet man häufiger bei PV-Modulen für den Agri-PV-Bereich.
Wie bei farbigen Solarmodulen sind die Solarzellen von beiden Seiten in ein dünnes, ebenfalls lichtdurchlässiges Trägermaterial eingebettet. Diese Einbettungsschicht kann aus Silikon, Polyvinylfluorid (PVF), Ethylenvinylacetat (EVA) oder Polyvinylbutyral (PVB) bestehen und dient dem Schutz der Solarzellen und der Kontakte.
Die Vorderseite des Solarmoduls wird mit einer dünnen Schicht aus gehärtetem Glas abgeschlossen. Auch die Rückseite besteht aus einer dünnen, bruchsicheren Glasschicht.
Je nach Modultyp sind transparente Solarmodule zusätzlich in einen Metallrahmen eingefasst. Es gibt aber auch rahmenlose Glas-Glas-Module, welche aber für den Standard-Aufdachbereich nicht geeignet sind, da die Befestigungsmöglichkeit fehlt.
Welche Arten von transparenten Modulen gibt es?
Die häufigste Art von transparenten Solarmodulen sind monokristalline Dickschicht-Module, da sie unter allen verfügbaren Modultypen den höchsten Wirkungsgrad erzielen. Es gibt aber noch weitere Arten von lichtdurchlässigen Solarmodulen:
Semitransparente Solarmodule mit Poly- und Monokristallinen Solarzellen
Bei transparenten Solarmodulen mit monokristallinen oder polykristallinen Solarzellen sind nur die Einbettungsfolie und die Glasschichten lichtdurchlässig, aber nicht die Solarzellen selbst. Monokristalline Solarzellen (Wirkungsgrad 16-24%) geben den Modulen eine schwarze Färbung, polykristalline Solarzellen (Wirkungsgrad ca. 16%) eine bläuliche Färbung. Die Lichtdurchlässigkeit der Solarmodule ist nur durch den Abstand der Solarzellen im Modul und durch die verwendete Einbettungsfolie steuerbar. Typisch für semitransparente Solarmodule ist das Schattenspiel, das entsteht, wenn Sonnenlicht durch die Module scheint.
Transparente Dünnschicht-Solarmodule
Dünnschicht-Solarmodule zeichnen sich durch eine extrem dünne Halbleiter-Schicht im Inneren der Solarzellen aus. Dadurch sind die Solarzellen nicht nur deutlich dünner als herkömmliche Zellen, sondern auch halbtransparent. Werden Dünnschicht-Solarmodule als transparente Solarmodule eingesetzt, sind also auch die Solarzellen selbst lichtdurchlässig. Aufgrund ihres geringen Gewichts und der gleichmäßigen Verschattung können transparente Dünnschicht-Module in bestimmten Situationen sinnvoll sein, für private Anlagen werden sie aufgrund ihres geringen Wirkungsgrads (ca. 10%) allerdings kaum eingesetzt.
Transparente Solarmodule mit organischen Solarzellen
Relativ neu sind Solarmodule mit organischen Solarzellen. Sie enthalten keinen Silizium-Halbleiter wie herkömmliche Solarzellen, sondern Kohlenwasserstoff-Verbindungen, die in hauchdünnen Schichten übereinander gedampft werden. So entstehen biegsame oder flexible Solarfolien, die je nach verwendeten Materialien vollkommen lichtdurchlässig sind. Transparente Solarmodule sind sehr leicht und besonders flexibel einsetzbar, allerdings ist ihr Wirkungsgrad mit 7-8% deutlich geringer als der von Solarmodulen mit poly- oder monokristallinen Solarzellen.
Vorteile von transparenten Solarmodulen
Transparente Solarmodule bieten eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zu herkömmlichen Solarmodulen:
Vielseitig einsetzbar: Dank ihrer Lichtdurchlässigkeit eignen sich semitransparente Module nicht nur für Photovoltaikanlagen auf Dächern, sondern auch für Bereiche, in denen Lichtdurchlässigkeit erforderlich ist. Beispielsweise können sie als Terrassenbedachungen, Carportüberdachungen oder in der Landwirtschaft als Beschattungssysteme für Obst- und Gemüseanbau eingesetzt werden.
Ästhetische Optik: Bei semitransparenten Solarmodulen bleibt ein Teil des Untergrunds durch die Glasschichten hindurch sichtbar. Dadurch wirken die Module auf dem Dach viel dezenter als konventionelle Module. An Glasfassaden von Gebäuden oder als Sonnenschutz verleihen transparente Module einen modernen und unauffälligen Look im Vergleich zu klassischen dunklen Modulen.
Langlebigkeit: Da sowohl die Vorder- als auch die Rückseite aus bruchsicherem Glas bestehen, sind transparente Solarmodule besonders widerstandsfähig und langlebig. Die durchschnittliche Lebensdauer von Glas-Glas-Modulen liegt etwa 5 Jahre über der von herkömmlichen Modulen.
Sicherheit: Transparente Solarmodule verzichten auf die Rückseitenfolie aus brennbarem Kunststoff. Daher ist die Brandgefahr bei diesen Modulen deutlich geringer. Aufgrund der höheren Brandschutzklasse dürfen die Glas-Glas-Module mit geringerem Abstand zu Nachbargebäuden installiert werden als Glas-Folien-Module.
Nachteile von transparenten Solarmodulen
Transparente Solarmodule weisen einige Nachteile im Vergleich zu herkömmlichen Solarmodulen auf:
Geringere Leistung: Transparente Module haben keine weiße Rückseite, die Sonnenstrahlen zurück in die Solarzellen reflektieren kann. Außerdem sind die Solarzellen häufig mit größerem Abstand zueinander verbaut, sodass weniger Zellen pro Modul verbaut werden können. Aus diesen beiden Gründen liegt die Leistung transparenter Module rund 12-15% unter der von herkömmlichen Modulen.
Höhere Kosten: Die Herstellung von lichtdurchlässigen Solarmodulen ist aufwendiger, weshalb die Anschaffungskosten deutlich höher sind. Die Mehrkosten können bis zu 50-100% betragen. In Kombination mit der geringeren Leistung haben transparente Module eine wesentlich längere Amortisationszeit.
Höheres Gewicht: Da bei transparenten Modulen auch die Rückseite aus Glas besteht, sind sie deutlich schwerer als Module mit Kunststoff-Rückseite. Dies kann bei bestimmten Dachkonstruktionen eine Herausforderung darstellen.
Wo werden transparente Solarmodule eingesetzt?
Transparente Solarmodule finden in verschiedenen Bereichen Anwendung, in denen ihre Lichtdurchlässigkeit von Vorteil ist. Eine häufige Verwendung ist als Überdachung für Terrassen, Wintergärten oder Carports. Die semitransparenten Module erzeugen Strom und bieten gleichzeitig Sonnenschutz.
An Fassaden von Büro- und Wohngebäuden können transparente Solarmodule Teile der Glasfassade ersetzen und Sicht- sowie Lichtschutz mit nachhaltiger Stromerzeugung kombinieren. Auch an Balkonen sind lichtdurchlässige Module denkbar.
In der Landwirtschaft werden transparente Solarmodule zunehmend als Freiflächenanlagen auf landwirtschaftlich genutzten Flächen wie Weideland oder im Gemüseanbau installiert. Die Module produzieren Strom und bieten gleichzeitig Halbschatten für Weidetiere sowie Schutz für Boden und Pflanzen vor zu starker Sonneneinstrahlung.
Wie effizient sind transparente Solarmodule?
Grundsätzlich sind transparente und semitransparente Solarmodule weniger effizient als herkömmliche Module. Ihre tatsächliche Leistung unterscheidet sich aber auch je nach Modultyp. Sie ist von folgenden Faktoren abhängig:
Art der Solarzellen: Monokristalline Dickschicht-Solarzellen haben höhere Wirkungsgrade als polykristalline Zellen oder Dünnschicht-Zellen, daher erzielen sie unter gleichen Voraussetzungen die höchste Leistung.
Abstände der Solarzellen im Modul: Je größer der Abstand der Solarzellen im Modul zueinander, desto lichtdurchlässiger ist das Modul – und desto geringer ist seine Leistung. Zum einen weil weniger Licht zurück in die Solarzelle reflektiert wird, und zum anderen weil es bei großen Abständen weniger Solarzellen pro Modul sind.
Transparenz der Module: Im Gegensatz zu polykristallinen und monokristallinen Solarzellen sind Dünnschicht-Solarzellen und organische Solarzellen selbst lichtdurchlässig. Das ist ideal, wenn Solarmodule mit einem hohen Grad an Transparenz gewünscht sind. Allerdings sind die lichtdurchlässigen Solarzellen auch viel weniger effizient als klassische Dickschicht-Zellen und liefern daher eine geringere Leistung.
Trends und Entwicklungen bei transparenten Solarmodulen
Besonders im Bereich der transparenten Solarzellen aus organischen Halbleitermaterialien wird derzeit intensiv geforscht. Diese Solarmodule sind nicht nur vollständig lichtdurchlässig, sondern auch flexibel. Das bedeutet, dass sie künftig auch dort eingesetzt werden könnten, wo starre Dickschicht-Module nicht funktionieren – etwa auf Autodächern, auf Bootsdecks, als Fensterfolie oder auf allen unebenen und gewölbten Untergründen. Forschungseinrichtungen wie das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE arbeiten intensiv an der Weiterentwicklung dieser Technologie und haben bereits organische Solarzellen mit Rekord-Wirkungsgraden von über 15% entwickelt.
Semitransparente Glas-Glas-Module haben sich mittlerweile etabliert. Der Markt für wirklich transparente Solarmodule ist aber noch sehr klein und bisher vor allem auf Spezialanwendungen beschränkt. In Zukunft könnte sich das ändern. Mit der rasch voranschreitenden Forschung durch Hersteller und wissenschaftliche Einrichtungen werden sich die Wirkungsgrade transparenter Module weiter verbessern und die Produktionskosten gesenkt werden. Daher ist davon auszugehen, dass sich transparente Solarmodule in bestimmten Bereichen durchaus etablieren werden. Parallel dazu entwickeln sich aber auch andere Technologien wie bifaziale Module, die eine beidseitige Nutzung der Module ermöglichen, beständig weiter.
Fazit
Semitransparente und transparente Solarmodule sind lichtdurchlässig – daher können sie sinnvoll überall dort eingesetzt werden, wo nachhaltige Stromerzeugung und Sonnenschutz kombiniert werden sollen. Bei Photovoltaikanlagen, die in erster Linie auf Leistung ausgelegt sind, sind transparente Module nicht sinnvoll, da ihr Wirkungsgrad deutlich geringer ist als der von herkömmlichen Modulen. Für private Betreiberinnen und Betreiber sind transparente Solarmodule in erster Linie als lichtdurchlässige Überdachung interessant, etwa für den Carport, den Wintergarten oder die Terrasse. Hier bringen monokristalline Dickschicht-Solarmodule die besten Erträge.
Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass sich transparente Solarmodule in den kommenden Jahren stark weiterentwickeln werden. Dementsprechend werden sich auch die Wirkungsgrade und die Preise anpassen. Daher könnten zum Beispiel Dünnschicht-Module oder organische Solarmodule irgendwann auch für private Hausbesitzerinnen und Hausbesitzer eine sinnvolle Alternative zum Standard-Modul werden.
James
Gründer von Balkonkraftwerk800W. Seit 2019 spezialisiere ich mich auf das Verfassen zahlreicher Solar-PV-Testberichte, PV-Produktvergleiche und Balkonkraftwerk-Ratgeber. Ich behalte stets eine objektive und unabhängige Perspektive bei.