Transparente photovoltaische Paneele

Eines der Haupthindernisse für den großflächigen Einsatz von Solarenergie ist die Verfügbarkeit von ausreichend Platz für Solarmodule, insbesondere in Städten, in denen Land und Dachflächen knapp sind. In Gegenden mit hoher Bevölkerungsdichte ist es schwierig, genügend Solarenergie zu erzeugen, um ein Gebäude allein vom Dach aus mit Strom zu versorgen, vor allem, wenn die mechanischen Systeme Platz beanspruchen. Aber was wäre, wenn Glas allein durch transparente Sonnenkollektoren saubere Energie erzeugen könnte?

Die Michigan State University (MSU) hat 2014 die ersten vollständig transparenten Photovoltaik-Paneele (PV) entwickelt. Diese Paneele eignen sich für transparente Fenster und sogar Touchscreens in Geräten, da sie das sichtbare Sonnenlicht nicht absorbieren und so ein neues Paradigma für die Solarenergie schaffen.

Obwohl transparente Solarmodule weniger effizient sind als mono- und polykristalline Solarzellen, gibt es aufgrund ihrer Funktionalität viele potenzielle Anwendungen, wie z.B. Fenster in Autos, Glas in Wolkenkratzern und sogar Touchscreens in Mobiltelefonen. Forscher arbeiten daran, die Technologie der transparenten Solarzellen zu verbessern, um sie in großem Maßstab kommerziell nutzbar zu machen.

Die Geschichte der transparenten Photovoltaik-Paneele.

MSU-Forscher haben organische Salze verwendet, um unsichtbare Wellenlängen des Lichts, einschließlich infrarotes und ultraviolettes Licht, zu absorbieren. Dank dieses Ansatzes verhält sich das Solarglas wie normales Glas und erzeugt gleichzeitig Solarenergie, wenn sichtbares Licht durch das Glas fällt. Im Jahr 2020 haben Forscher aus den USA und Europa dann transparente Solarzellen mit 100%iger Transparenz entwickelt.

“Hochtransparente Solarzellen sind die Welle der Zukunft für neue Solaranwendungen”,” – sagte Richard Lunt, Johansen Crosby Endowed Associate Professor of Chemical Engineering and Materials Science an der MSU. “Wir haben ihr Potenzial analysiert und gezeigt, dass diese Geräte, die nur unsichtbares Licht einfangen, ein ähnliches Stromerzeugungspotenzial wie Dachsolarzellen bieten und gleichzeitig zusätzliche Funktionen zur Steigerung der Effizienz von Gebäuden, Autos und mobiler Elektronik bereitstellen können.”

Leider ist der Wirkungsgrad transparenter Solarpaneele recht niedrig und liegt derzeit bei etwa 1 %, aber ihr Potenzial wird auf 5 % geschätzt. Das ist zwar sehr niedrig, aber die möglichen Anwendungen von Solarglas bedeuten, dass es in vielen Bereichen eingesetzt werden kann, was es auch in anderer Hinsicht äußerst praktisch macht.

“MSU hat unsere erste Installation außerhalb des Unternehmens”,” – sagte Lunt. “Wir haben Dutzende von Projekten, die derzeit weltweit aus unserer Pilotlinie installiert werden. Wir bereiten uns jetzt auf kommerzielle Produktionslinien vor, die eine echte Umwälzung darstellen werden.”

Teilweise transparente Fotovoltaik-Paneele.

Ein deutsches Startup-Unternehmen namens Heliatek GmbH hat teiltransparente Solarpaneele entwickelt, die 60 Prozent des Lichts absorbieren, das sie empfangen. Der Wirkungsgrad der teiltransparenten Solarmodule, die auch als halbtransparente Solarmodule bezeichnet werden, liegt bei 7,2 Prozent und ist damit immer noch deutlich niedriger als bei herkömmlichen Solarmodulen.

Die halbtransparente Solartechnologie hat einen geringeren Wirkungsgrad, weil 40 Prozent des Lichts nicht absorbiert werden, was sie teilweise transparent macht. Allerdings kann halbtransparentes Solarglas ideal für bestimmte Anwendungen sein, bei denen getöntes Glas erwünscht ist, wie z.B. bei Solarfenstern an der Südwand von Gebäuden.

Transluzente Photovoltaik-Paneele.

Halbtransparente Photovoltaik-Paneele sind eine spezielle Art von transparenten Solarmodulen mit einer Lichtdurchlässigkeit von weniger als 100%. Es gibt zwar auch volltransparente Solarmodule, aber halbtransparente Module sind heute auf dem Markt weiter verbreitet.

Diese halbtransparenten Paneele eignen sich besonders gut für Anwendungen wie Gebäudefenster und Gewächshäuser, bei denen ein gewisses Maß an Lichtfilterung erwünscht ist. Für Geräte wie Smartphones, die eine 100%ige Lichtdurchlässigkeit benötigen, sind durchsichtige Paneele jedoch nicht unbedingt die ideale Wahl.

Wie funktionieren transparente Solarmodule?

Solarmodule absorbieren das Sonnenlicht (Photonen) und wandeln es in Elektrizität (Elektronen) um. Diese Technologie der transparenten Solarmodule wirkt wie ein transparenter Solarkonzentrator und absorbiert Licht, das mit dem bloßen Auge nicht sichtbar ist, einschließlich bestimmter UV- und Infrarot-Wellenlängen. Das sichtbare Licht ist jedoch durchlässig, so dass potenziell jedes Glasfenster in eine Solarzelle umgewandelt werden kann.

Transparente Solarzellen bestehen in der Regel aus mehreren Schichten. Diese Schichten sind so konzipiert, dass sie das Sonnenlicht einfangen und in Strom umwandeln, dabei aber transparent bleiben. Die spezifische Zusammensetzung und Anzahl der Schichten kann je nach Hersteller und verwendeter Technologie variieren, umfasst aber in der Regel transparente leitende Schichten, Halbleiterschichten und Schutzschichten. Diese Schichten wirken zusammen, damit das Panel Strom erzeugen kann, während das Licht durchgelassen wird.

Was sind einige Anwendungen für transparente Photovoltaikmodule?

Transparente Solarmodule lassen Licht durch, während sie Strom erzeugen, und haben eine Reihe potenzieller Anwendungsmöglichkeiten, darunter:

1. Gebäudeintegrierte Fotovoltaik (BIPV): Glas-Solarpaneele können in die Fenster, Fassaden und Oberlichter von Gebäuden integriert werden und verwandeln diese in funktionale, energieerzeugende Flächen, ohne das natürliche Licht zu verdecken.
2. Gewächshäuser: Transparente Solarpaneele können in Gewächshausstrukturen integriert werden, so dass die Pflanzen Sonnenlicht erhalten und gleichzeitig Strom für den Betrieb des Gewächshauses erzeugen.
3. Unterhaltungselektronik: Transparente Solarzellen können die Lebensdauer von Batterien verlängern oder elektronische Geräte wie Smartphones und Tablets mit zusätzlicher Energie versorgen.
4. Automobil: Transparente Solarzellen können in die Fenster oder Schiebedächer von Fahrzeugen integriert werden und den Strombedarf von Elektro- oder Hybridfahrzeugen decken.
5. Außenmöbel und Unterstände: Transparente Solarzellen können auf Außenstrukturen wie Buswartehallen, Bänken oder Pavillons angebracht werden, die Schatten spenden und gleichzeitig erneuerbare Energie erzeugen.
6. Tragbare Ladegeräte: Transparente Solarzellen können in tragbare Ladegeräte integriert werden, so dass die Nutzer die Sonnenenergie nutzen können, um ihre Geräte unterwegs aufzuladen.
7. Militär- und Notfalleinsätze: Glas-Solarzellen können in Militär- und Notfalleinsätzen verwendet werden und liefern Strom für Feldeinsätze, Unterkünfte oder Kommunikationsgeräte.
8. Luft- und Raumfahrt: Transparente Solarzellen können in die Oberflächen von Raumfahrzeugen oder Satelliten integriert werden und deren Energiebedarf im Weltraum decken.
9. Verbraucherprodukte: Verschiedene Verbraucherprodukte wie Wearables, Rucksäcke und sogar Kleidung bieten eine diskrete Möglichkeit, Energie aus transparenten Solarzellen zu gewinnen.
10. Öffentliche Räume und Infrastruktur: Transparente Photovoltaik-Paneele können in öffentliche Räume wie Bushaltestellen, Bürgersteige oder Vordächer integriert werden und verbinden Funktionalität mit nachhaltiger Energieerzeugung.

Unternehmen, die transparente Photovoltaikmodule herstellen.

Mehrere Unternehmen sind aktiv an der Entwicklung und Produktion von transparenten Solartechnologien beteiligt. Zu den führenden Herstellern von transparenten Solarmodulen gehören:

Das kalifornische Unternehmen Ubiquitous Energy hat bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung transparenter Solarzellen für kommerzielle Anwendungen erzielt. Ihre ClearView Power™ Technologie ist darauf ausgelegt, transparente Solarfenster für Gebäude anzubieten. Das Unternehmen hat sich darauf konzentriert, die Transparenz und Effizienz seiner Solarzellen zu erhöhen, so dass sie sich gut für die architektonische Integration eignen.

In Großbritannien hat sich Polysolar auf transparentes Photovoltaikglas für die Gebäudeintegration spezialisiert. Das Unternehmen war aktiv an verschiedenen Projekten beteiligt, unter anderem an der Installation von transparenten Solardächern und gebäudeintegrierten Photovoltaik-Lösungen (BIPV) in städtischen Umgebungen.

Das in Spanien ansässige Unternehmen ist bekannt für seine innovativen gebäudeintegrierten Solarprodukte und Fensterlösungen mit Solarzellen. Onyx hat sich der Entwicklung transparenter Solarpaneele gewidmet, die für den Einsatz in Dachfenstern, Vordächern und Fassaden geeignet sind. Diese Lösungen ermöglichen es, Strom zu erzeugen und gleichzeitig natürliches Licht durchzulassen.

Bright Solar, ein zukunftsorientiertes Unternehmen, hat große Fortschritte bei der Entwicklung von Solarglasprodukten für kommerzielle Anwendungen gemacht. Ihre Spitzentechnologie zielt darauf ab, innovative Lösungen für die Gebäudeintegration anzubieten. Bright Solar hat sich darauf konzentriert, sowohl die Transparenz als auch die Leistung seines Solarglases zu erhöhen, so dass es sich ideal in die Architektur integrieren lässt.

SolarScape hat sich zu einem führenden Unternehmen in der Entwicklung von Solarglasprodukten für kommerzielle Anwendungen entwickelt. Ihre transparente Solarmodultechnologie zielt darauf ab, Lösungen für die Gebäudeintegration zu revolutionieren. SolarScape hat sich zum Ziel gesetzt, sowohl die Leistung als auch die Transparenz von Solarglas für eine nahtlose architektonische Integration zu verbessern.

Das Unternehmen ist ein wichtiger Akteur im Bereich der erneuerbaren Energien, insbesondere im Bereich BIPV. Das Unternehmen hat sein Engagement für Innovationen bei der Entwicklung modernster BIPV-Produkte unter Beweis gestellt, die Solartechnologie nahtlos in architektonische Elemente wie Glasfassaden und Wintergärten integrieren.

SolarWindow Technologies ist bekannt für seine stromerzeugenden transparenten Fenster und entwickelt flexible, dünne Beschichtungen, die gewöhnliches Glas in stromerzeugende Fenster mit Solarzellen verwandeln.

Künftige Anwendungen für transparente Photovoltaik-Paneele.

Bei geschätzten 5 bis 7 Milliarden Quadratmetern Glasfläche in den USA sind die Möglichkeiten für Solarglas nahezu unbegrenzt. Das bedeutet, dass Windschutzscheiben und Schiebedächer in Autos, Smartphone-Bildschirme, Vorhangfassaden und Gebäudedächer Solarenergie erzeugen können.

“Wenn man erkennt, dass man eine Solarzelle herstellen kann, die wie ein Fenster aussieht, beflügelt das die Fantasie”, sagte Lunt.

Wenn diese neue Technologie in Glas auf Hochhäusern eingesetzt wird, gibt es ein größeres Potenzial, eine beträchtliche Menge an Solarenergie zu erzeugen, da es auf hohen Gebäuden so viele vertikale Flächen gibt. Außerdem ist der Winkel, in dem die Sonne auf die transparenten Solarzellen fällt, nicht so entscheidend.

Herkömmliche Photovoltaikmodule im Vergleich zu transparenten Photovoltaikmodulen.

Weil die beiden Technologien so unterschiedlich sind, sind auch ihre idealen Anwendungen so unterschiedlich. Wenn ein Solarunternehmer zum Beispiel auf begrenztem Raum so viel Energie wie möglich erzeugen möchte, sind herkömmliche Photovoltaikmodule die bessere Wahl, weil sie viel effizienter sind. Wenn jedoch ein transparentes Photovoltaikprodukt benötigt wird, sind transparente Solarmodule eindeutig im Vorteil. Wenn sich transparente Photovoltaikprodukte durchsetzen, wird es schwierig sein, sie von herkömmlichen Materialien zu unterscheiden.

“Die Realität des Klimawandels bedeutet, dass wir mehr Wege finden müssen, um erneuerbare Energien nutzbar zu machen”, so Lunt – sagte Lunt. “Transparentes Solarglas erweitert die Möglichkeiten der Solarenergie erheblich und verändert die Art und Weise, wie wir über die Energieerzeugung denken. Es gibt keinen Zielkonflikt mehr zwischen Ästhetik und erneuerbarer Energie. Sie können fast jede Oberfläche eines Gebäudes oder einer Landschaft in ein Solarpanel verwandeln und Energie dort erzeugen, wo Sie sie brauchen, ohne dass Sie es überhaupt merken.”

Allerdings entwickeln sich transparente Solarpaneele immer noch rasant weiter, so dass das, was heute gilt, in einem Jahrzehnt schon wieder anders aussehen kann. So haben die Ingenieure der MSU jetzt transparente Solarmodule mit einer Zinkoxidschicht entwickelt, deren Lebensdauer auf drei Jahrzehnte geschätzt wird, so dass die potenzielle Lebensdauer der beiden Technologien vergleichbar ist.

Wie herkömmliche Solarmodule erzeugen auch transparente Solarmodule bei der Energieerzeugung keine Treibhausgasemissionen und tragen dazu bei, die Abhängigkeit von umweltschädlichen fossilen Brennstoffen zu verringern. Derzeit werden nur etwas mehr als 3 Prozent des Stroms in den USA durch die Sonne erzeugt. Da sich die Welt jedoch auf sauberere Energieformen umstellt, sind Innovationen erforderlich, damit die Solarenergie einen größeren Anteil am gesamten Energiemix erzeugen kann.

Herkömmliche Solarmodule sind zwar ideal für Dächer und Solarparks, aber es gibt andere Anwendungen, für die sie nicht geeignet sind, insbesondere in Gebieten mit hoher Bevölkerungsdichte, wo leichte Solarzellen benötigt werden. Zusätzlich zum Einsatz in größerem Maßstab werden auch Energiespeicherkapazitäten benötigt, um sicherzustellen, dass die Solarenergie den ganzen Tag über Grundlaststrom liefern kann, unabhängig vom Wetter.

Vorteile herkömmlicher Photovoltaikmodule:

• Höchste Energieumwandlungseffizienz mit kommerziell erhältlichen Solarmodulen mit Wirkungsgraden von über 22 Prozent
• Ausgereiftere Technologie, die über Jahrzehnte ausgiebig getestet wurde, was bedeutet, dass die Leistung in der Praxis leichter vorherzusagen ist
• Dank robuster Produktionskapazitäten in vielen Ländern für den großflächigen Einsatz verfügbar
• Transparente Glas-Solarmodule müssen mit größerer Sorgfalt behandelt werden als herkömmliche Solarmodule, um Bruch zu vermeiden, da Glas zerbrechlicher ist

Vorteile von transparenten Photovoltaik-Paneelen:

• Ideal für städtische Gebiete, in denen der Platz für herkömmliche Solarmodule begrenzt ist, da alle transparenten Gebäudeflächen Energie erzeugen können
• Ästhetische Vorteile, da sich Solarglas nahtlos in Gebäude und andere Anwendungen einfügt, so dass der Unterschied zwischen herkömmlichem Glas und vollständig transparentem Solarglas nicht wahrnehmbar ist
• Der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf die Oberfläche spielt keine Rolle, wodurch sich die Anwendungsmöglichkeiten erweitern
• Mobile Elektronik kann das Umgebungslicht nutzen, um ihre eigenen Batterien teilweise aufzuladen, was für die Verbraucher attraktiv wäre
• Solarglas kann zwei Funktionen erfüllen, wenn es in Gebäude integriert wird, was eine effiziente Nutzung der Ressourcen ermöglicht
• Transparente Solarzellen selbst sind leicht und tragbar (bevor sie auf Glas aufgebracht werden)

Gibt es transparente photovoltaische Paneele?

Transparente Solarzellen, oft auch als Solarfenster bezeichnet, sind eine neue Technologie im Bereich der Solarenergie. Forscher erforschen verschiedene Ansätze, darunter organische Photovoltaikzellen, Dünnschichttechnologien, Farbstoffsolarzellen, transparentes Silizium und Quantenpunktsolarzellen, um Solarpaneele mit unterschiedlichen Transparenzgraden zu entwickeln. Trotz der Fortschritte auf dem Weg zu vollständig transparenten, hocheffizienten Solarzellen sind diese jedoch noch nicht auf dem Markt erhältlich.

Sind transparente Solarmodule genauso effizient wie herkömmliche Photovoltaikmodule?

Nein, transparente Solarmodule sind im Allgemeinen weniger effizient als herkömmliche Solarmodule. Sie haben den Vorteil, dass sie halbtransparent sind und somit Licht durchlassen, aber diese Eigenschaft ist oft mit einer geringeren Energieumwandlungseffizienz verbunden. Forscher arbeiten aktiv daran, die Energieeffizienz der transparenten Solartechnologie zu verbessern, aber im Moment reicht sie nicht an die Leistung herkömmlicher undurchsichtiger Solarmodule heran.

Was bedeuten transparente Solarzellen für die Zukunft der Photovoltaik?

Wenn sich transparente Solarmodule durchsetzen, werden ihre Anwendungsmöglichkeiten endlos sein. Ingenieure und Solarexperten werden wissen müssen, wie sie diese Technologie erfolgreich in Elektronik, Autos, Gebäuden und anderen Anwendungen einsetzen können. Ebenso müssen Architekten und Bauunternehmer wissen, wie sie transparente Solarprodukte in Gebäudefassaden einbauen können, um die Produktion erneuerbarer Energie zu maximieren.

Da sich die Solarbranche weiterentwickelt, müssen Solarexperten über die neuesten Technologien auf dem Laufenden bleiben, um Innovationen voranzutreiben. Es gibt viele vielversprechende Solartechnologien am Horizont, die die Zukunft der Bewegung für saubere Energie verändern könnten, darunter Flüssigsolarzellen und die Verwendung von Perowskit als Halbleiter in Solarmodulen, um die Verwendung von Silizium zu ersetzen oder zu minimieren. Künftige wissenschaftliche Durchbrüche werden also die Zukunft der sauberen Energie weltweit bestimmen.