Weltweit erste Solarmodule in Weiß und in Farbe
Sie sehen gar nicht so aus, wie Solarzellen. Und genau das wollten Schweizer Forscher erreichen, mit den ersten weißen und farbigen Solarmodulen der Welt. Sie erzeugen nicht nur Strom, sondern lassen sich ideal in Fassaden einsetzen, ohne die Optik zu stören.
Die obere Schicht der Module besteht aus einem raffinierten dünnen Filter, der das sichtbare Licht zerstreut. Nur Wärmestrahlen kommen durch.
Foto: CSEM
Strahlend weiß präsentieren sich die neuartigen Solarmodule, die das Schweizer Zentrum für Elektronik und Mikrotechnik (CSEM) in Neuenburg entwickelt hat. Es sind weltweit die ersten, denen man ihre Funktion nicht mehr ansieht. Normalerweise sind Solarmodule blau oder anthrazitfarben, was Architekten gar nicht mögen, weil sie die Fassaden von Häusern verunstalten.
Die neuen Module lassen sich dagegen mit den Designideen für die Fassadengestaltung vereinbaren, zumal nicht nur weiß, sondern auch Module in anderen Farben möglich sind, wie Professor Christophe Ballif betont, Vize-Präsident Photovoltaics am CSEM. „Die Farbe Weiß ist von besonderem Interesse, da sie elegant und vielseitig kombinierbar ist und frisch wirkt”, so Ballif. „Trotz der Nachfrage konnten echte weiße Solarmodule bisher nicht realisiert werden.“ Der Grund: „Es war bislang Konsens, dass Weiß das Sonnenlicht zu stark reflektiert, was dem Gegenteil eines gängigen Solarpanels entspricht.“
Aus unsichtbarem wird sichtbares Licht
Durch einen veränderten Aufbau des Moduls haben die Schweizer das Problem gelöst. Die obere Schicht der Module besteht aus einer Art Weißmacher, einem raffinierten dünner Filter, der das sichtbare Licht zerstreut. Nur Wärmestrahlen kommen durch. Damit können normale Siliziumzellen allerdings nichts anfangen, im Gegenteil: Sie erzeugen umso weniger Strom, je höher ihre Temperatur steigt.
Das weltweit erste weiße Solarmodul präsentieren Professor Christophe Ballif, Vize-Präsident des Schweizer Zentrums für Elektronik und Mikrotechnik (CSEM), und Laure-Emmanuelle Perret-Aebi, Sektionsleiterin beim CSEM. Am unteren Bildrand sind Farbmuster aufgereiht, die mit der CSEM-Technik hergestellt werden können
Quelle: CSEM
Die Schweizer Forscher, die Details geheim halten, wandeln das unsichtbare Infrarotlicht, das in das Modul eindringt, wieder in sichtbares Licht mit der Frequenz um, die die darunter liegenden Solarzellen am effektivsten in Strom umwandeln können. Das geschieht vermutlich in einem so genannten Hochkonverter, wie ihn beispielsweise die Solarforscher am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg nutzen.
Diese haben eine Zelle entwickelt, die sowohl das sichtbare Licht der Sonne, als auch ihre Infrarotstrahlen in Strom umwandeln. Dadurch steigt der Wirkungsgrad auf bis zu 30 Prozent an.
Mit einem solchen Traumwert können die Schweizer nicht mithalten. Nach eigener Aussage erreichen sie zehn Prozent. Das liegt daran, dass sie das sichtbare Licht nicht nutzen, um eine rein weiße oder farbige Oberfläche zu bekommen.
Hochkonverter bestehen aus einer hauchdünnen Folie, in die Partikel eingebettet sind, die im Wesentlichen aus Natrium-Yttrium-Fluorid bestehen. Einen Teil der Fluoratome haben die Forscher durch Licht erzeugendes Erbium ersetzt, ein Metall, das zu den Seltenen Erden gehört. Die Wärmestrahlen der Sonne geben ihre Energie an das Erbium ab, das daraufhin zu leuchten beginnt. Dieses Licht wandeln die darunter liegenden Siliziumzellen in Strom um.
Module lassen sich in Oberflächen einarbeiten
Durch die frei wählbare Farbgebung erhoffen sich die Schweizer Forscher viele neue Einsatzmöglichkeiten. So könnte die Oberfläche eines Laptops trotz Solarzellen weiter im Silber des Edelstahls schimmern. Nicht nur auf Hausdächern, sondern auch Hausfassaden ließen sich die Module integrieren, ohne die Architektur zu stören. Geeignet sind die weißen und farbigen Solarmodule auch für Dächer, etwa von Wartehäuschen, Fahrzeugen und Schiffen.
Weil die Wärmestrahlen nicht ins Gebäude gelangen, entlasten die neuen Zellen zusätzlich auch die Klimaanlage. Sie arbeiten im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumzellen, die die einfallende Wärme an die Gebäudehülle weitergeben, bei um 20 bis 30 Grad niedrigeren Temperaturen.
CSEM sucht derzeit nach einem Industriepartner, der die Module herstellt. Ihre Technik lasse sich in jede Produktionsanlage für Solarmodule aus kristallinem Silizium integrieren.
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