Transparente Solarmodule: Der neue Standard auf Privatdach- und auf Freiflächenanlagen?

Mittlerweile findet man immer mehr bifaziale Solarmodule, auch im privaten Aufdachbereich. Woher kommt der Trend und welche Vorteile bieten sie? Das klären wir in diesem Beitrag.

Was sind transparente Solarmodule?

Als transparente Solarmodule bezeichnet man Solarpanels, bei denen sowohl die Vorder- als auch die Rückseite aus transparentem Glas besteht. Die einzelnen Solarzellen sind, je nach Modultyp, mit mehr oder weniger Abstand zueinander angeordnet. So kann das Tageslicht durch die Zwischenräume der Module und durch die Modulränder fallen. Die Solarzellen selbst sind nicht lichtdurchlässig

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.

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

• Vielseitig einsetzbar: Semitransparente Solarmodule eignen sich nicht nur für Photovoltaikanlagen auf dem Dach, sondern auch für Bereiche, in denen Lichtdurchlässigkeit eine Rolle spielt – etwa bei Terrassenüberdachungen oder in der Landwirtschaft, wenn Freiflächen mit transparenten Solarmodulen auf Flächen mit Obst- oder Gemüseanbau installiert werden.  
   
• Ästhetische Optik: Bei semitransparenten Solarmodulen bleiben große Teile des Untergrundes durch die Glasschichten hindurch sichtbar. Daher sind die transparenten Module auf dem Dach viel dezenter als konventionelle Module. Auch an Glasfassaden von Bürogebäuden (Fassaden-Photovoltaik) oder als Sonnenschutz wirken transparente Solarmodule unauffälliger und moderner als klassische schwarze oder dunkelblaue Module.
   
• Langlebigkeit: Da sowohl ihre Vorder- als auch die Rückseite aus bruchsicherem Glas bestehen, sind transparente Solarmodule besonders widerstandsfähig und langlebig. Die durchschnittliche Lebensdauer von Glas-Glas-Modulen liegt 5 Jahre über der von konventionellen Modulen.
   
• Sicherheit: Transparente Solarmodule verzichten auf die Rückseitenfolie aus brennbarem Kunststoff. Daher ist die Brandgefahr bei transparenten Modulen deutlich geringer. Aufgrund der höheren Brandschutzklasse dürfen die Glas-Glas-Module mit weniger Abstand zu Nachbargebäuden installiert werden als Glas-Folien-Module.

Nachteile von transparenten Solarmodulen

• Geringere Leistung: Transparente Solarmodule haben keine weiße Rückseitenfolie, die die Sonnenstrahlen zurück in die Solarzelle reflektiert. Zudem sind die Solarzellen häufig mit größerem Abstand zueinander verbaut, sodass das Modul bei gleicher Fläche weniger Solarzellen enthält. Diese zwei Faktoren sorgen dafür, dass die Leistung von Solarmodulen mit einem hohen Transparenzgrad 12–15 %  unter der Leistung herkömmlicher Solarmodule liegt.
   
• Höhere Kosten: Solarmodule mit hoher Lichdurchlässigkeit sind meist deutlich teurer als herkömmliche Solarmodule. Die Mehrkosten können bei 50–100 % liegen. Bedenkt man die geringere Leistung bei gleichzeitig höheren Investitionskosten, haben die lichtdurchlässigen Module eine sehr viel längere Amortisationszeit.
   
• Höheres Gewicht: Da bei transparenten Solarmodulen auch die Rückseite aus bruchsicherem Glas besteht, sind die Module schwerer als Glas-Folien-Module. Das kann bei einigen Dachkonstruktionen zur Herausforderung werden.  
   

Wo werden transparente Solarmodule eingesetzt?

Grundsätzlich können transparente Solarmodule genauso eingesetzt werden wie konventionelle Module auch. In einigen Situationen ist die Lichtdurchlässigkeit der Glas-Glas-Module aber besonders von Vorteil:

• Als Terrassen- und Carportüberdachung: Semitransparente Dickschicht-Solarmodule können als lichtdurchlässige Überdachung eingesetzt werden. So erzeugen die Solarpanels Strom und bieten gleichzeitig Sonnenschutz, zum Beispiel auf der Terrasse, dem Wintergarten oder dem Carport.
   
• An der Fassade: Sogenannte Fassaden-Photovoltaik wird bisher vor allem an massiven Fassaden von Büro- und Wohngebäuden eingesetzt. Transparente Solarmodule können aber auch Teile der Glasfassaden von modernen Gebäuden ersetzen und Sicht- und Lichtschutz mit nachhaltiger Stromerzeugung kombinieren. Auch an Balkonen sind semitransparente Solarmodule denkbar.
   
• In der Landwirtschaft: Zunehmend werden transparente Solarmodule als Freiflächenanlagen auf landwirtschaftlich genutzten Flächen installiert, etwa auf Weideland oder im Gemüseanbau. Die lichtdurchlässigen Module erzeugen dabei nicht nur Strom, sondern bieten Halbschatten für Weidetiere und schützen Boden und Pflanzen vor zu starker Sonneneinstrahlung und Austrocknung.
   

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. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE forscht intensiv auf diesem Gebiet und hat 2023 eine organische Solarzelle mit einem Rekord-Wirkungsgrad von 15,8 %  entwickelt.

Auf dem folgenden Bild sind drei dieser organischen Zellen zu sehen (Bildquelle: Fraunhofer ISE):
 

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: In bestimmten Anwendungsbereichen durchaus sinnvoll

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.