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BayerTitelstory

Bayer Material Science engagiert sich in der Entwicklung nachhaltiger Technologien und Materialien, nicht zuletzt im Bereich der Energiegewin­nung aus regenerativen Energiequellen wie etwa Sonne und Wind. Für die Photovoltaik (PV) beispielsweise stehen kundenspezifische Lösungen mit höherer Energieeffizienz, niedrigeren Herstellkosten und breiter gefächerten Einsatzmöglichkeiten im Mittelpunkt.

 




„Unser aktuelles Spektrum an Entwicklungen für die Photovoltaik-Branche reicht von der Polyurethan-Ummantelung von Solarmodulen mit integriertem Montagesystem über einen Sandwich-Verbund von Polycarbonat-Platten mit Solarzellen bis zu flexiblen Solarmodulen mit höherem Wirkungsgrad“, erläutert Dr. Frithjof Hannig, der die Photo­voltaik-Aktivitäten bei Bayer MaterialScience koordiniert.

Thermoplastische Folien

Bei der Verkapselung von kristallinen Solarzellen – der weltweit zurzeit dominierenden Technologie – erweisen sich „Platilon“ Schmelzklebefolien aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) gegenüber anderen hierfür eingesetzten Materialien als überlegen. Dies gilt vor allem für die flexible Verbindung mit relativ harten Materialien wie Poly­carbonat oder Glas. Mit der TPU-Folie ist eine kontinuierliche, vakuumfreie Verarbeitung ohne Vernetzung – und damit ohne Emissionen – gewährleistet. „Dies ist ein klarer Produktivitätsvorteil bei der Herstellung von Photovoltaik-Modulen. Außerdem ist die Folie recyclingfähig und ermöglicht auch die Reparatur von kompletten Solarmodulen“, so Hannig weiter.Bayer2

Auf dem neuen Gebiet der Dünnschicht-Solarzellen sollen „Makrofol“ Polycarbonat-Einkapselungsfolien die Herstellung flexibler Photovoltaik-Module ermöglichen. Ziel sind biegsame, leichtgewichtige Module, hergestellt im kostengünstigen Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Der Spezialist arbeitet hier zurzeit gemeinsam mit Partnern an der Verbesserung der Barrierewirkung gegen Sauerstoff und Wasser, um die aktive Schicht zu schützen. So ließe sich das bisher dafür verwendete Glas ersetzen.

Vor allem im Bereich tragbarer Elektronik­geräte wie Laptops und Mobiltelefone wird der Wunsch nach einer Spannungsversorgung ohne Netzteil und Steckdose immer größer. Flexible organische Solarzellen aus Kunst­stofffolie könnten sich hier als wirtschaftliche Lösung herausstellen – vorausgesetzt, Nutzungsgrad und Lebensdauer der Solarzellen ließen sich den Anforderungen ent­sprechend steigern. Für die Photovoltaik-Schicht – den entscheidenden Teil des dünnen Sandwich-Verbunds – setzt das Unternehmen auf anorganische Quantenpunkte, auch Q-dots genannt. Damit könnten PV-Zellen sogar im Druckverfahren auf Folien aufgebracht werden. Das Ergebnis wäre dann eine kostengünstige Lösung für mobile Elektronik­geräte.

Ein Fußballstadion als Kraftwerk

Mit Platten aus dem transparenten Polycarbonat „Makrolon“ können Solarmodule auch in Dachkonstruktionen integriert werden. Ein Beispiel ist der von der Sunovation GmbH gemeinsam mit der Bayer Sheet Europe GmbH entwickelte Sandwichverbund bestehend aus je einer Makrolon Massiv- und Dreifachstegplatte und innenliegenden, schwimmend eingebetteten Siliziumzellen. Der Verbund ist bruchsicher und zugleich biegsam und zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer aus, vor allem aufgrund des guten Lasten­abtrags durch die Stegplatte. Er bietet damit optimalen Schutz für die empfindlichen Siliziumzellen und erfüllt die brandschutztechnischen Auflagen im Baubereich. Diese Vorteile waren für den pro-K Industrieverband Halbzeuge und Konsumprodukte aus Kunststoff e. V. Anlass genug, das „Sunovation“ Modul als Produkt des Jahres 2009 auszuzeichnen.

Eine eindrucksvolle Anwendung erlebt die Photovoltaik-Lösung von Sunovation im Bremer Weserstadion, das zurzeit die größte Photovoltaikanlage aller deutschen Sport­stadien erhält. Ein Teil davon ist der 7 m tiefe Dachinnenring, der auf einer Fläche von 3000 m² mit den Sondermodulen von Sunovation ausgestattet wird. Die Module werden dabei nicht einfach auf das Dach montiert, sondern sind selbst Bauelemente des Stadions. Auch aufgrund der statischen Belastungsgrenze des be­stehenden Baus erwies sich diese Lösung als die Methode der Wahl. Gegenüber der technisch nicht zu realisierenden Verwendung von Glas ermöglicht die Konstruktion aus Polycarbonat eine Gewichtseinsparung von rund 60 %  oder in diesem Fall 60 t. Das Juroren-Team der Organisation European Polycarbonate Sheet Extruders (EPSE) zeigte sich von der Lösung so beeindruckt, dass es ihr den ersten Platz in der Kategorie „Best Innovation“ zuerkannte.

Bayer3Ummantelung mit Polyurethan

Ebenfalls mit mehreren Preisen ausgezeichnet wurde das Indachmodul „Solon“ Black 160/05 der Solon SE. Es ist mit einem „intelligenten“ Systemrahmen mit integriertem Montagesystem auf Basis des Polyurethansystems „Bayflex von Bay Systems ausge­stattet. Das Solarmodul wird ohne herkömmliche Installationssysteme in das Dach montiert. Durch bereits in den Kunststoff integrierte Befestigungselemente kann es direkt mit der Dachlattung verschraubt werden. Zusätzlich sorgt der überlappende Polyurethan-Rahmen im System dafür, dass das Regenwasser leicht abfließen kann und nicht in das Dach eindringt. „Das Modul stellt damit eine der wenigen echten Indach-Lösungen dar, bei der die Front als wasserführende Schicht fungiert. Das macht den Einsatz einer kostspieligen Unterkonstruktion überflüssig. Somit ergibt sich eine kostengünstige Gesamtlösung“, erläutert Dr. Hannig. Über die vereinfachte Unterkonstruktion hinaus bietet die Polyurethan-Ummantelung von Solarmodulen vielfältige Designmöglichkeiten bezüglich der Formgebung.

Für die Isolierung der Anschlussdosen von Solarmodulen empfiehlt sich ein Polyurethan-Elektrovergusssystem auf Basis von „Baydur E“. Es füllt auch feine Spalten und Hohl­räume sehr schnell aus und bietet zuverlässigen Schutz vor äußeren Einflüssen. Dazu haben das dänische Bay Systems Polyurethan (PUR)-Systemhaus und die schweize­rische Isotherm AG ein wirtschaftliches Verfahren auf Basis der Reaction-Injection-Molding (RIM)-Technologie entwickelt, das die Umhüllung der elektrischen Teile in nur einem Prozessschritt ermöglicht. Das Elektrovergusssystem wurde maßge­schneidert für diese Anwendung entwickelt und mit einem Flammschutz entsprechend den Anforde­rungen der Klassifizierung UL 94 V-O ausgestattet.

Sprachbegabte Kosmopoliten

Die Nutzung von Photovoltaik könnte jedoch in Zukunft noch weit über den Bereich der herkömmlichen Solarmodule hinausgehen. Noch visionär ist ein „Übersetzer-Hemd“ für Jobnomaden und andere Vielreisende, bei dem während der Kommunikation über eine Spracherkennung gleich der übersetzte Text auf dem Hemd aufleuchtet. „Bestimmte Textilflächen könnten mit Photovoltaik-Elementen ausgestattet sein, andere Bereiche wiederum Eigenschaften von Batterien aufweisen. Auf diese Weise wäre die Energieversorgung für das Hemd gewährleistet“, erläutert Eckard Foltin vom Creative Center bei Bayer Material Science. Über eingearbeitete Label mit integriertem Mikrofon und Übersetzungseinheit bräuchte dann nur noch das Programm gestartet und die Zielsprache eingegeben zu werden. „Das würde Sprachbarrieren überwinden helfen“, so Foltin.


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