Die italienische Keramikindustrie arbeitet an der Integration der Photovoltaik-Technologie in Fliesen, um Beschichtungen zu erhalten, die den Energieverbrauch von Gebäuden durch Optimierung des Wärmeaustauschs zwischen Innen und Außen senken können. 

Die ersten Prototypen haben vielversprechende Ergebnisse gezeigt, die auf die innovativsten Projekte für umweltfreundliches Bauen angewendet werden können.

Photovoltaik-Fliesen im Verkleidungsbereich

Nichttransparente Teile wie Wände und Dächer tragen bis zu 80 Prozent zum gesamten Wärmeaustausch in Gebäuden bei.  

Die Verwendung von photovoltaischen Fliesen zielt darauf ab, die Energieeffizienz von Gebäuden durch die Nutzung sonnenexponierter Flächen zu optimieren. Durch derartige Maßnahmen kann der Wärmeverlust im Winter reduziert und im Sommer durch die Steuerung der Sonneneinstrahlung reguliert werden.

Die Funktionalisierung von Fliesen

In den letzten Jahren hat die italienische Keramikindustrie an der Integration von Photovoltaik (PV) in Fliesen gearbeitet, um ästhetische und energetische Anforderungen zu verbinden und den Zugang zu erneuerbaren Energien zu erleichtern.

Das Ziel der Forscher ist es, eine fortschreitende Funktionalisierung der Fliesen zu erreichen, d.h. ihnen zusätzlich zu den sie kennzeichnenden Funktionen neue zu verleihen. Zu diesen neuen Funktionen können Wärmedämmung, Selbstreinigungsfähigkeit sowie Energiegewinnung und -umwandlung gehören.

Die Entwicklung von PV-Fliesen

Bei der Entwicklung von Fliesen, die mit PV-Material beschichtet sind, hat sich die Forschung auf mehrere Ziele konzentriert:

  • Ersetzen der Glasurschicht der Fliesen durch eine PV-Oberfläche.
  • Entwicklung einer Technologie, die es ermöglicht, photovoltaische Flächen direkt auf Keramikfliesen zu realisieren.
  • Herstellung von funktionalisierten Fliesen für die Verwendung als Fliesenleger.
  • Verstehen, wie man sie am besten für die Außenverkleidung von Gebäuden verwendet.

Bei BIPV-Anlagen (Building Integrated Photovoltaic) werden Solarmodule in Dächer und Fassaden integriert, die verschiedene Funktionen wie Stromerzeugung und Wärmedämmung erfüllen; dieses Gebäudesegment ist derzeit einer der am schnellsten wachsenden Märkte.

Die Forschungen des CECERBENCH

Das Labor CECERBENCH des italienischen Keramikzentrums ist auf die Entwicklung von Keramiken mit funktionalen Oberflächen spezialisiert; seine Forschungen haben gezeigt, dass es möglich ist, Verkleidungsmaterialien zu erhalten, die durch photovoltaische Einsätze Strom erzeugen.

Um dies zu erreichen, wurden verschiedene Materialien untersucht, bei denen die Glasurschicht durch Solarzellen ersetzt wurde.

Der Prototyp der Photovoltaikfliesen

Der realisierte Prototyp der PV-Platte ist 10 x 10 Zentimeter groß und besteht aus einer Reihe von 4 photovoltaischen Zellen, die so miteinander verbunden sind, dass sie ein System bilden, das einem Sonnenkollektor ähnelt. 

Die so zusammengestellten Platten werden dann durch einfache elektrische Steckdosen miteinander verbunden und von Aluminiumstrukturen getragen.

Erste Tests wurden durchgeführt, indem 9 dieser Prototypen (in 3 Reihen zu je 3 Fliesen angeordnet) zusammengesetzt und das so entstandene Modul mit einem Abstand von etwa 10 Zentimetern an einer der Sonne ausgesetzten Fassade befestigt wurde, um eine hinterlüftete Fassade zu simulieren.

Die Struktur der PV-Fliesen

Jede einzelne PV-Fliese besteht aus:

  • einer leitfähigen Schicht aus Keramik, die mit herkömmlichen Techniken hergestellt wird
  • einer PV-Schicht aus a-Si oder alternativen Materialien
  • einer Schutzschicht aus Glas oder Polymeren

Für diesen Prototyp wurde eine PCT-Patentanmeldung (Patent Cooperation Treaty) mit dem Titel „Keramische Fliese mit einer mit photovoltaischen Zellen funktionalisierten Oberfläche“ eingereicht.

Die durch Prototypen erreichte Ergebnisse 

Anhand der realisierten Prototypen konnte gemessen werden, wie sich diese Art der Verkleidung auf den Wärmeaustausch zwischen Innen- und Außenbereich auswirkt.

Erste Ergebnisse zeigten, dass Parameter wie die Temperatur der PV-Zellen, die Raumtemperatur und die Sonneneinstrahlung linear miteinander korreliert sind und dass die Photovoltaikplatten ein homogenes thermisches Verhalten aufweisen.

Die Innovation der Italienischen Keramik 

Die Erfahrung der Italienischen Keramik in der Fliesenherstellung und die fortschrittlichste Forschung im Bereich der erneuerbaren Energien haben zu einem innovativen Produkt geführt, das einen weiteren Schritt in Richtung nachhaltiges Bauen darstellt.