Fotovoltaïsche elementen zijn meestal te vinden op daken - per slot van rekening daar is de zonnestraling het hoogst. Echter, zoals onderzoekers van het Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP hebben ontdekt, PV-elementen op gevels kunnen een handige manier zijn om de stroomvoorziening aan te vullen. Indien passend ontworpen, ze kunnen mooi geïntegreerd worden en leveren 50 procent meer energie dan bestaande typen PV-wandelementen. Zelfs betonnen muren zijn geschikt.

Fotovoltaïsche elementen horen op het dak - tenslotte daar krijgen ze het meeste zonlicht. Maar dat is maar ten dele waar:het is zinvol om extra PV-elementen op gevels te installeren. Voor een ding, ze maken gebruik van anders ongebruikte ruimte, en voor een ander, de energie die ze verzamelen, kan de stroomvoorziening nuttig aanvullen. Momenteel, echter, weinig gebruik wordt gemaakt van deze mogelijkheid, omdat de zon meestal onder een ongunstige hoek op gevels schijnt, en de elementen zelf zijn meestal niet esthetisch aantrekkelijk.

Aantrekkelijke gevels met flair

In hun SOLAR.shell-project, onderzoekers van het Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP in Halle toonden samen met architecten van de Leipzig University of Applied Sciences (HTWK Leipzig) aan dat dit allesbehalve een dealbreaker is. Ze presenteerden een zonnegevel die deze problemen verhelpt. "De fotovoltaïsche elementen die in deze gevel zijn geïntegreerd, leveren tot 50 procent meer zonne-energie dan modules die loodrecht op de muren van een gebouw zijn gemonteerd, " zegt Sebastian Schindler, projectmanager bij Fraunhofer CSP. "Bovendien biedt de gevel visuele aantrekkingskracht." De HTWK architecten ontwikkelden het idee en de ontwerpen. Hoe moeten de afzonderlijke fotovoltaïsche elementen worden gekanteld om zoveel mogelijk zonnestraling op te vangen? Hoe groot moeten de modules zijn, en hoeveel zonnecellen zouden ze idealiter moeten bevatten? De bevindingen van het team werden gepresenteerd in een demonstrator van 2x3 meter gemaakt van aluminium composietpanelen met in totaal negen ingebouwde zonnepanelen. De experts van Fraunhofer boden hun ervaring aan, advies en hulp, en de fotovoltaïsche elementen die in de demonstrator werden gebruikt, kwamen eveneens van Fraunhofer CSP.

Zonnemodules op betonnen gevels

In samenwerking met HTWK Leipzig en TU Dresden, de Fraunhofer CSP-onderzoekers hebben ook geschikte opties ontwikkeld voor de integratie van fotovoltaïsche elementen in betonnen gevels, meer bepaald in gevels van koolstofbeton, een materiaal ontwikkeld door een consortium van meer dan 150 partners in het "C3-Carbon Concrete Composite"-project. De vereiste stabiliteit van het beton komt van koolstofvezels in plaats van staaldraden. "Bij Fraunhofer CSP, we hebben geanalyseerd hoe fotovoltaïsche elementen het beste op dit soort koolstofbetongevels kunnen worden gemonteerd - dat wil zeggen, hoe het optimale resultaat te verkrijgen bij het combineren van dit nieuwe beton met de productie van zonne-energie, " legt Schindler uit. Daartoe de onderzoekers bedachten drie verschillende concepten en methoden om de PV-elementen in geveldelen te integreren. De zonnepanelen kunnen ofwel direct bij het storten van de betondelen worden opgenomen of op de betonplaten worden gelamineerd of verlijmd. De modules kunnen ook aan de betonplaten worden bevestigd met behulp van spijkerbevestigingen, schroefverbindingen of andere middelen, gemakkelijke verwijdering voor onderhoud of reparaties. "We hebben kunnen aantonen dat alle drie de montagemogelijkheden technisch haalbaar zijn, ', zegt Schindler.

Een van de belangrijkste uitdagingen is ervoor te zorgen dat de methode die wordt gebruikt om de betonnen secties te produceren, compatibel is met de vereiste maatnauwkeurigheid van de PV-modules. Dit is gedaan, bijvoorbeeld, door de betonnen delen te gieten met een verdieping die perfect is bemeten voor een module. Op deze manier, de gewenste oriëntatie ten opzichte van de zoninstraling en het totale ontwerp blijven behouden. "De maatnauwkeurigheid moet direct in de betonsectie worden geïmplementeerd, ", zegt Schindler. Er moet ook voor worden gezorgd dat de PV-modules niet worden bevestigd waar het beton bijzonder dun is of waar de koolstofvezels zich bevinden, omdat dit afbreuk doet aan de sterkte van de gevelelementen. Het project is inmiddels succesvol afgerond.

SOLARcon:betonnen gevels 2.0

In het vervolgproject SOLARcon, eveneens in samenwerking met HTWK Leipzig en TU Dresden, evenals twee zakelijke partners, en gelanceerd in november 2019 - de Fraunhofer-experts werken nu aan verkoopbare oplossingen voor de integratie van PV-modules in prefab betonplaten. Zal de montage van de zonnecel permanent standhouden? Om deze vraag te beantwoorden, de Fraunhofer-onderzoekers voeren passende duurtesten uit op zowel de PV-componenten als de interface met het beton. Hoe gedraagt ​​de interface zich onder verschillende weersomstandigheden? Wat laten versnelde verouderingstesten zien? Naast de op experimenten gebaseerde aanpak, simulaties staan ​​ook op de agenda - meer specifiek, eindige elementen methoden. Hiermee kunnen de experts berekenen, bijvoorbeeld, hoe het beton en het bevestigingspunt van het PV-element opwarmen bij hoge temperaturen, of welke wind- en drukbelastingen de zonnemodule moet weerstaan.