Transparente Solarmodule: elegant und zunehmend effizient

Mit Solarmodulen ist gestalterisch viel mehr möglich, als Hausdächer zu bekleiden. Die Stromerzeugung mit einer Solaranlage ist inzwischen zum architektonischen Element geworden. Denn semi-transparente Solarmodule spenden Schatten und lassen dennoch Tageslicht durchscheinen. Sie sind in klassischen Farben oder bunt verfügbar, vertikal oder horizontal anzubringen – und besitzen zunehmend mehr Leistung. Erfahren Sie alles Wichtige zu den innovativen Solarmodulen.
Gina Doormann
Gina Doormann 2 Juni 2023
Photovoltaik Solarmodule Transparente Solarmodule
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Inhalt: Lichtdurchlässige Solarmodule

Was sind transparente Solarmodule?

Solar-Terrassendach mit durchscheinendem Licht

Transparente PV-Module als Terrassendach. Bild: AdobeStock_Marina Lohrbach

Solarmodule sind dazu da, mit ihren Solarzellen aus Sonneneinstrahlung Strom zu erzeugen. Sehr bekannt sind die blauen polykristallinen Photovoltaik-Module und die schwarzen monokristallinen Solarmodule. Diese bringen gute Solarerträge, die monokristallinen Module noch etwas bessere als die polykristallinen. Was beide gemeinsam haben: Sie sind auf dem Dach oder an der Fassade weithin sichtbar. Das kann die Anmutung eines Hauses spürbar beeinträchtigen. 

Eine gute Alternative bieten transparente Solarmodule. Allerdings sind sie nicht vollkommen lichtdurchlässig. Vielmehr handelt es sich um semitransparente, bzw. halbtransparente Solarmodule. Die Solarmodule sind in Glas einlaminiert – zwischen ihnen befinden sich komplett lichtdurchlässige Glasstreifen. Transparente Solarmodule wie diese sind zwar sehr ästhetisch, haben aber einen niedrigeren Wirkungsgrad als herkömmliche PV-Module. Er liegt zwischen 7 und 20 Prozent. Zum Vergleich: Polykristalline Solarzellen haben einen Wirkungsgrad von 15 bis 20 Prozent und monokristalline einen von 18 bis 25 Prozent.

Die beschriebenen semitransparenten Solarmodule finden sich eher nicht an Fenstern. Stattdessen finden sie Verwendung als Terrassendach, als Fassadenelemente, im Wintergarten oder am Gewächshaus. Wenngleich an letzteren nur teilweise, da der Transparenzeffekt zu gering ist, um ausreichend Licht hereinzulassen. 

Teilweise durchsichtige Solarmodule, die im Bereich eines Fensterelements eingesetzt werden, zählen zur “Building Integrated Photovoltaic” (BIPV) beziehungsweise auf Deutsch “Gebäudeintegrierte Photovoltaik” (GIPV). Beim Einsatz von Solarzellen in der Fensterverglasung kann es – neben dem positiven Aspekt der Stromgewinnung – allerdings zu einem negativen Effekt kommen. Denn wenn Fensterglasfläche mit lichtundurchlässigen Solarzellen bedeckt wird, dringt weniger Licht von außen ins Gebäudeinnere. Das bedeutet, der Licht-Transmissionsgrad (“g-Wert”) sinkt. Somit könnte mehr Kunstlicht benötigt werden.

Gibt es komplett transparente Solarmodule?

Zwar sind halbtransparente Photovoltaik-Module zum Beispiel für Terrassen sehr gut geeignet, weil sie zwar einerseits Licht durchlassen, aber andererseits auch Halbschatten spenden. Was aber ist mit dem großen Potenzial, das die zahlreichen Fensterscheiben zur Nutzung durch Photovoltaik bergen?

Hierzu gab es mehrere Forschungsansätze: Zum einen wurde im Jahr 2016 von einer Forschergruppe der Uni Leipzig erstmals eine komplett transparente Solarzelle aus Nickel- und Zinkoxiden hergestellt. 

Etwas später stellte die Michigan State University transparente Solarmodule her, die mit einer Beschichtung aus organischen Salzmolekülen Sonnenenergie auffangen und in Strom umwandeln. Der Wirkungsgrad soll bei 10 Prozent liegen. Aus dem Forschungserfolg ging das Start-up ubiquitous Energy hervor. Das Unternehmen schafft es laut eigenen Angaben inzwischen, metergroße Fensterflächen mit durchsichtigen Modulen zu belegen. Die Kosten für diese Fenster mit integrierter Stromerzeugung sollen künftig vergleichbar mit denen für herkömmliche PV-Module sein.

Wie sind transparente Solarmodule aufgebaut?

Handwerker bringt semitransparente Solaranlage an.  Bild: AdobeStock_Marina Lohrbach

Grundsätzlich gilt: Auch in transparenten PV-Modulen kommen monokristalline und polykristalline, aber auch amorphe und organische Solarzellen zum Einsatz. Bei semi-transparenten Solarmodulen für die Ausstattung privater Wohnhäuser werden meistens monokristalline, also schwarze, Solarzellen verwendet. Diese werden auf einem lichtdurchlässigen Trägermaterial angebracht, beziehungsweise einlaminiert. Umso größer die Abstände sind, desto mehr Sonnenlicht kann hindurchdringen – sodass die transparente Anmutung intensiviert wird. 

  • Als Trägermaterialien kommen zum Beispiel infrage: Polyvinylfluorid (PVF), Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB).

Auf der Oberseite von semitransparenten Solarmodulen befindet sich eine durchsichtige Schutzschicht. Diese besteht in der Regel aus witterungsbeständigem und bruchfestem Glas. 

Für die Montage kommen außerdem Rahmen zum Einsatz, die in verschiedenen Farben gewählt werden können. Weiterhin sind für den Aufbau Verbinder notwendig, die die Solarzellen koppeln und zugleich den Strom ableiten.

Solarpaneele mit verschiedenen Zelltypen.

Solarpaneele mit verschiedenen Zelltypen. Bild: AdobeStock_ChemistryGod

Welche verschiedenen Technologien gibt es?

Laborantin hält Dünnschicht-Solarzellen.

Laborantin hält Dünnschicht-Solarzellen. Bild: AdobeStock_luchschenF

Transparente Solarmodule gibt es in verschiedenen Ausführungen. Hier gibt es einen Überblick:

  • Glas-Glas-Module: Bei dieser Variante befindet sich auf der Vorderseite und auf der Rückseite je eine strapazierfähige Glasplatte. Glas-Glas-Module gelten als besonders langlebig.
  • Glas-Folie-Module: Bei diesen Modulen befindet sich auf der Oberseite ebenfalls eine Glasplatte, während die Unterseite von einer durchsichtigen Kunststoffschicht bedeckt ist. Glas-Folie-Module gelten als weniger langlebig – sind aber dennoch im Privatbereich beliebt, da die Kosten geringer sind. 
  • Dickschicht-Solarmodule: Ein solches Solarmodul besteht aus Solarzellen aus kristallinem Silizium. Diese werden auch für transparente Solarmodule eingesetzt.
  • Dünnschicht-Solarzellen:  Diese Zellen sind wesentlich leichter als Dickschicht-Solarzellen. Denn sie bestehen aus amorphem, also nicht-kristallinem Silizium. Alternativ kommen folgende Halbleiter-Materialien zum Einsatz: Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS), Cadmiumtellurid (CdTe), Kohlenwasserstoffverbindungen. CIGS-Dünnschicht-Solarmodule (bifaziale Module) zeichnen sich dadurch aus, dass sie Sonnenstrahlung von beiden Seiten aufnehmen können. Vor allem beim Einsatz für Terrasse oder Gewächshäuser, also als PV-Modul mit Lichtdurchlässigkeit, ist diese Eigenschaft wertvoll. Doch auch mit ihr reicht die Effizienz von Dünnschicht-Solarmodulen nicht an die von Dickschicht-Modulen heran.
Farbstoffsolarzellen “Grätzel-Zellen”

Transparente Solarmodule gibt es nicht nur in einer Kombination aus durchsichtig/blau/schwarz. Dank einer speziellen Technologie sind vielmehr auch farbige Zellen möglich. Bei diesen Farbstoffsolarzellen, auch Grätzel-Zellen genannt, handelt es sich um Solarzellen mit metallorganischen Komplexen und künstlichen Farbstoffmolekülen. Diese ahmen die Aufgabe des pflanzlichen Chlorophylls nach. 

Farbstoffsolarzellen funktionieren auf Glas als Trägermaterial ebenso wie auf einer biegsamen Folie. Hinzu kommen die mögliche Farbvielfalt und natürlich der Photovoltaik-Effekt. Diese Eigenschaften machen Grätzel-Zellen zu einer optimalen gestalterischen Ergänzung, wenn es um transparente Solaranlagen geht.

Wie hoch ist der Preis für eine transparente Solaranlage?

Zunächst ist festzuhalten, dass transparente Solarmodule mehr kosten als nicht-transparente Photovoltaik-Module. Damit ist ihr Preis-Leistungs-Verhältnis schlechter, der Modulpreis also de facto höher. Hinzu kommt, dass der Wirkungsgrad auf derselben Fläche geringer ist, da die transparent gestalteten Bereiche zwischen den Solarzellen keine Energie produzieren. Hier sollte man allerdings immer berücksichtigen, dass bei semitransparenten Solarmodulen der ästhetische Nutzen im Fokus steht.

Was also kosten transparente Solarmodule?

Je nach Größe und Art der verwendeten Solarzellen kosten die lichtdurchlässigen Module etwa zwischen 150 und 650 Euro. Doch wie immer gilt: Oft macht der Preis auch den Unterschied. Zudem wächst der Markt stetig und es wird auch bei transparenten Modulen so sein, dass der Preis sinkt, obwohl die Leistung an Solarstrom stetig steigt. Verbraucher können bereits jetzt zwischen verschiedenen Ausführungen des halbtransparenten Moduls wählen.

Vorteile und Nachteile von transparenten PV-Modulen

VorteileNachteile
Lichtdurchlässigkeit geringere Leistung als nicht-transparente Solarmodule
hohe Ästhetikteurer
mehrere Anwendungsmöglichkeiten: an Gebäuden, auf Dächern, auf der Terrasse, an Fassaden, als Fensteroft Aufpreis aufgrund besonderer Gestaltungswünsche
sorgt als Verschattung für ein gleichmäßiges Schattenspiel 

Wo kommen transparente Solarmodule zum Einsatz?

Parkhaus mit Glas-Photovoltaik-Fassade

Parkhaus mit Glas-Photovoltaik-Fassade. Bild: AdobeStock_AVR SCR

Marktreife, in eine transparente Verbundfläche eingearbeitete, Solarzellen werden zu semi-transparenten Solarmodulen zusammengefügt. Diese kommen vor allem da zu Einsatz, wo entweder Lichtdurchlässigkeit gewünscht ist oder da, wo sie als designbildende Elemente Verwendung finden. Auf dem Hausdach findet man diese Photovoltaikanlagen daher eher selten – außer da, wo Lichteinfall gewünscht ist, beispielsweise bei einem Oberlicht. 

Weiterhin können lichtdurchlässige Solarmodule als PV-Fassaden von Funktionsbauten Verwendung finden. Das Bild oben zeigt die designbildende und funktionale Integration in eine Parkhausfassade. Die Erscheinung ist ästhetisch und zugleich dringt Sonnenlicht ins Innere. Ein Mehrwert ist darüber hinaus fraglos die Stromerzeugung direkt in der Fassade. Diese ist aufgrund der Größe der Fläche auch nicht unerheblich.

Zu den privaten Anwendungsmöglichkeiten gehört das Dach der Terrasse. Wird dieses mit einer PV-Anlage und lichtdurchlässigen Modulen gestaltet, summieren sich die Vorteile: Das Solar-Terrassendach spendet Schatten, ohne komplett zu verdunkeln, hält den Regen ab und generiert zugleich klimafreundliche Energie. 

Eine zunehmend genutzte öffentliche Anwendungsoption transparenter Solarmodule ist die Überdachung von Parkplätzen. Während überdachte Parkplätze in wärmeren Ländern schon länger Usus sind, kommt diese Praxis auch in Deutschland zunehmend in Gebrauch. Einerseits wird Verschattung auch hierzulande zunehmend bedeutsam – andererseits sind hohe Energieziele zu erfüllen. Dazu können Parkplatzüberdachungen, die mit teiltransparenten Solarmodulen belegt sind, durch die relativ große Fläche an Photovoltaik einen guten Beitrag leisten. Zu dieser Art von Überdachungen zählen im privaten Bereich Carports und bei gewünschten Lichteinfall auch Garagen. 

Weitere Einsatzmöglichkeiten für transparente PV-Module sind: Gewächshaus, Fenster oder Wintergärten.

Transparente PV-Module: Hersteller im Überblick

Semitransparente PV-Module sind gegenüber den üblichen soliden Solarmodulen, mit denen Dächer bestückt werden, nicht so geläufig. Dennoch gibt es eine Reihe von Herstellern, die solche Module anbieten. Hier finden Sie einen ersten Überblick:

  • Solarwatt: Der Hersteller Solarwatt bietet das semitransparente PV-Modul “Vision 36M glass” an. Dieses Modell lässt 20 Prozent Tageslicht durch, während es zugleich mit der Kraft der Sonne Energie erzeugt.
  • Aleo: Die lichtdurchlässigen Module “Elegante” überzeugen neben den bekannten Vorteilen mit robustem solaren Verbundsicherheitsglas. Daher eignen sich diese Module insbesondere als gebäudeintegrierte Photovoltaik: als Vertikal- und Überkopfverglasung. 
  • Kioto Sonnenkraft: Durch bifaziale Zellen ist die Leistung besonders hoch. Die rahmenlose Optik ist zudem ästhetisch-reduziert.

FAQ

Sind Solarzellen durchsichtig?
Solarzellen selbst sind so gut wie nicht transparent. Der optische Transparenzeffekt von semitransparenten Photovoltaikmodulen wird durch transparentes Trägermaterial erzielt, auf dem die Solarzellen angeordnet sind.
Wie effizient sind transparente Solarzellen?
Das hängt von der Materialität ab. Organische Solarzellen haben einen Wirkungsgrad von etwa 15 Prozent, Dünnschicht-Solarmodule etwa 10 bis 13 Prozent und farbige Grätzel-Zellen liegen bei gut 15 Prozent.
Welche Vorteile haben transparente PV-Module?
Durch den besonderen Aufbau sind die lichtdurchlässigen Stromerzeuger an mehr als einem Ort einsetzbar. Ob als Fensterelement, als Dachfläche oder als Fassadenelement: Die modernen Solarmodule haben viel Potenzial. Und nicht zuletzt ist dank stetiger Forschung mit einem steigenden Wirkungsgrad zu rechnen.
Gina Doormann
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