ColorSol: Entwicklung und Optimierung von Farbstoffsolarzellen (FSZ)

Verbundprojekt ColorSol®

Im Fokus des Verbundprojektes ColorSol® stand die Entwicklung und Optimierung von Farbstoffsolarzellen (FSZ). Hierzu wurden industrienahe Herstellungsverfahren von FSZ-Modulen entwickelt sowie eine Analyse von Marktchancen und Anwendungsmöglichkeiten dieser innovativen Technologie durchgeführt. In ColorSol® erfolgte zudem der Bau erster FSZ-Prototypen, mit denen die Aufskalierbarkeit der Herstellung und die herausragenden Merkmale von Farbstoffsolarzellen aufgezeigt werden konnten.

Die Farbstoffsolarzelle zählt zu den elektrochemischen Dünnschichtzellen. Der Vorgang der Stromerzeugung in einer FSZ lässt sich prinzipiell mit dem der Photosynthese bei Pflanzen vergleichen. In der FSZ wird Sonnenlicht mittels eines metallorganischen Farbstoffs auf Rutheniumbasis in elektrischen Strom umgewandelt. Der organische Farbstoff ist dabei in nanokristalline Elektroden aus Titandioxid eingebettet.

Projektinhalte

Im Projekt ColorSol® wurde die Aufskalierbarkeit der Herstellung glaslotversiegelter Farbstoffsolarmodule gezeigt. Industriell anwendbare Produktionsverfahren und Methoden der Qualitätskontrolle wurden entwickelt und optimiert. Eine Befüllmaschine für Farbstoffsolarmodule wurde als industrienahe Versuchsanlage entwickelt und gebaut. Es konnten erfolgreich Kleinserien gedruckt und Prototypen für Farbstoffsolarmodule entwickelt werden. So wurde ein Demonstratorenpanel konzipiert, geplant und gebaut, das die herausragenden Merkmale der Technologie in Bezug auf Farbgebung und Teiltransparenz herausstellt.

Neben den technischen Entwicklungsarbeiten bestand ein wichtiger Schwerpunkt des Projektes ColorSol® darin, die Marktpotenziale der Farbstoffsolarzelle genauer zu analysieren und Anwendungsszenarien mit ihren Anforderungsprofilen zu entwickeln. Für die Konzentration auf Anwendungen von Farbstoffsolarzellen in der gebäudeintegrierten Photovoltaik (GIPV) sprachen mehrere Gründe:

  • Das wachsende Potenzial für die GIPV wird in einer Reihe von Studien nachgewiesen. Darüber hinaus fördern nationale Einspeisegesetze (z.B. in Frankreich und Italien) die GIPV mit höheren Vergütungssätzen.
  • Farbstoffsolarzellen sind aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften (Semitransparenz, Farbigkeit, erhöhte Empfindlichkeit für diffuse Einstrahlung und größere Toleranz gegenüber erhöhten Umgebungstemperaturen) prädestiniert für den Einsatz in der GIPV.

In Kooperation mit führenden Architekten aus der GIPV wurden im Projekt ColorSol® Anwendungsszenarien für den Einsatz von Farbstoffsolarzellen für folgende Einsatzbereiche entwickelt:

  • Gebäudefassaden, z.B. als Warm- oder Kaltfassade
  • PV-Glazing, z.B. in Überdachung, Atrien oder Wintergärten
  • Fenster, z.B. als Elemente dachgestützter PV-Anlagen

Bei der Entwicklung der Anwendungsszenarien und Demonstratoren wurde großer Wert auf die Orientierung an den Anforderungen der zukünftigen Anwender und Nutzer gelegt, um so in der Zukunft bedarfsorientierte und marktgerechte Produkte für die Anwendung in der gebäudeintegrierten Photovoltaik (GIPV) zu entwickeln. So wurden Anforderungen für die drei genannten Nutzungsmöglichkeiten von Farbstoffsolarzellen in der GIPV (Dachliegefenster, Fassadenelement, Photovoltaikverglasung) erfasst und parallel wirtschaftliche, baurechtliche und gestalterische Anforderungen erhoben. Es wurden konkrete Anwendungsszenarien entwickelt, Marktszenarien erstellt, die Kosten für eine mögliche Serienproduktion abgeschätzt und mögliche Umweltwirkungen der Technologie analysiert.

Für die Realisierung einer Serienproduktion von Farbstoffsolarzellen stehen noch zusätzliche Schritte, wie der Aufbau einer Pilotproduktion mit einem optimierten Anlagenkonzept sowie die Entwicklung von Systemen und Komponenten für spezifische Qualitätskontrollen aus. Mit weiteren Demonstrationsobjekten könnten die Anwendungsmöglichkeiten der Farbstoffsolarzelle mit Architekten und Fassadenbauern vertieft untersucht und die Akzeptanz der Technologie am Markt erhöht werden.