Das Start-Up Exxosqel aus Gössenheim hat in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC eine neuartige Nanokomposit-Beschichtung entwickelt, die mikroskopisch kleine Oberflächenrisse im Solarglas gezielt behandelt. Die Technologie verspricht eine bis zu 40 %ige Gewichtsreduktion des Glases und damit ein Gesamtgewicht der Photovoltaik-Module von rund 30 % zu senken – ein entscheidender Schritt zur Reduktion von CO₂-Emissionen und zu niedrigeren Montage- und Transportkosten.
Marktanteil von Glas-Glas-Modulen und wachsende Notwendigkeit einer Alternative zur thermischen Vorspannung
Laut der International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) dominieren Glas-Glas-Module die aktuelle Anlagenarchitektur. Typisch werden Einzelscheiben mit einer Dicke von 2,0 mm eingesetzt (Standard-Glasdicke 2024). Dünnere Scheiben (< 2 mm) besitzen einen Marktanteil von weniger als 5 % (2024) – ein Zeichen dafür, dass herkömmliche Verstärkungsverfahren an ihre Grenzen stoßen.
- Standard-Glasdicke je Einzelscheibe: 2,0 mm (2024)
- Marktanteil von Glas < 2 mm Dicke: < 5 % (2024)
Der Trend zu bifazialen und Glas-Glas-Architekturen erhöht den Bedarf an leichten, dennoch stabilen Gläsern, weil das Gewicht von Glas 70-80 % des Gesamtgewichts eines Doppelflächen-Solarmoduls ausmacht (2024, Quelle S1).
IEC-Normen zur mechanischen Stabilität von Solarmodulen
Modulhersteller müssen international anerkannte Prüfstandards wie IEC 61215 einhalten. Die Norm verlangt, dass Module einer Biege- und Hagelprüfung standhalten. Die relevanten Prüfwerte lauten:
- Mechanische Schneelast: 2 400 Pa bis 5 400 Pa (Standardprüflast 2021, Quelle S3)
- Hagelschlag-Geschwindigkeit: 23,0 m/s (2021, Quelle S3)
Eine Erhöhung der Biegebruchfestigkeit ist daher essentiell, um die Anforderungen für dünnere Glasscheiben zu erfüllen.
Nanokomposit-Beschichtung von Exxosqel – Funktionsprinzip
Die Beschichtung nutzt einen Mehrkomponenten-Verbundwerkstoff, der nach dem Auftragen eine dreidimensionale, vernetzte Struktur bildet. Auf molekularer Ebene gehen kovalente Bindungen in die mikroskopischen Risse ein, hemmen deren Ausbreitung und erhöhen die zum Bruch notwendige Energie. Laborversuche zeigen:
- 2 mm dicke Glasproben erreichen das Vierfache der Biegebruchfestigkeit einer ungehärteten Referenzprobe (2026, Quelle S1).
- 1 mm dicke Proben erreichen das Siebenfache der Biegebruchfestigkeit (2026, Quelle S1).
Verbesserung der Biegebruchfestigkeit im Detail
Die Beschichtung stärkt Glasdicken von 2 mm um das Vierfache und von 1 mm um das Siebenfache gegenüber ungehärtetem Flachglas. Bei Glasdicken unter 2 mm verliert die thermische Vorspannung jedoch technisch bedingt an Wirksamkeit, sodass die chemische Nanokomposit-Lösung von Exxosqel eine kritische Lücke füllt.
Umwelt- und Kostenvorteile der leichten Solarglas-Lösung
Glas stellt den größten Gewichts- und Emissionsfaktor von PV-Modulen dar. Durch die Reduktion des Glasgewichts um bis zu 40 % können die Gesamtkosten für Transport, Installation und Materialverbrauch erheblich gesenkt werden. Beispiele:
- Gewichtsanteil Glas an Doppelglas-Modulen: 70-80 % (2024, Quelle S1)
- Reduktion des Modulggewichts um etwa 30 % – ein Modul von 16 kg/m² würde auf ca. 11 kg/m² sinken (Info 2).
Förderkennzeichen, Skalierbarkeit und industrieller Ausblick
Die Entwicklung wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert (Förderkennzeichen 03EE1161E / 03EEM1003, 2026). Die Laborskalierung erfolgt am Fraunhofer-ISC, das über eine 100-Liter-Synthesekapazität verfügt und damit die Technologie auf industrielle Größenordnungen hebt.
- BMWK-Förderkennzeichen: 03EE1161E / 03EEM1003 (2026)
- Synthesekapazität am Fraunhofer-ISC: 100 l (2026, Quelle S1)
- Technologiereifegrad (TRL): 6, Ziel TRL 7 für betriebliche Validierung
Ein Demonstrator wurde auf der Glasstec präsentiert – ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur kommerziellen Serienreife.
Einschränkungen und Risiken der neuen Beschichtung
- Durchbiegung unter Last: Trotz gesteigerter Bruchfestigkeit bleibt das Elastizitätsmodul des Glases nahezu unverändert. Dünnere Glaskonstrukte können bei Schneelasten stärker nachgeben, was Mikrorisse in den Solarzellen auslösen kann.
- Langzeitstabilität der optischen Eigenschaften: Die Beschichtung muss über mindestens 30 Jahre hinweg gegen Sonne, Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen beständig sein, ohne die Transmission zu beeinträchtigen.
- Kosten im industriellen Maßstab: Chemische Beschichtungsverfahren sind kostenintensiver als thermische Härteverfahren. Die Wirtschaftlichkeit muss im Massenmarkt nachgewiesen werden, um den angestrebten Glasverbrauch um 40 % zu realisieren.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Warum war bislang die Herstellung leichter Solargläser unter 2 mm schwierig?Thermische Härtetechnologie verliert bei dünnem Glas an Wirksamkeit. Außerdem steigt das Risiko spontaner Brüche während des Abkühlprozesses, was die Produktion technisch und wirtschaftlich unattraktiv macht.Wie wird die neue Technologie für die industrielle Herstellung vorbereitet?Am Fraunhofer-ISC wird die Beschichtung in großem Maßstab getestet. Die 100-Liter-Syntheseprozesse ermöglichen die Skalierung, und das Ziel ist, den TRL-Status auf 7 zu heben, um eine Serienfertigung zu gewährleisten.Welche Vorteile bietet das neue Solarglas für Dachinstallationen?Leichtere Module reduzieren die statische Last auf belastungsbegrenzten Dächern, senken Transport- und Handhabungskosten und ermöglichen baulich limitierte Anwendungen.
Fazit
Exxosqels Nanokomposit-Beschichtung adressiert ein zentrales Problem der Photovoltaik-Industrie: das schwere und emissionsintensive Solarglas. Durch die Verstärkung mikroskopischer Risse wird die Biegebruchfestigkeit von 2 mm-Glas um den Faktor 4 und von 1 mm-Glas um den Faktor 7 erhöht, wodurch eine Gewichtsreduktion von bis zu 40 % möglich wird. Die Technologie ist bereits vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert, hat den TRL-Status 6 erreicht und wird am Fraunhofer-ISC in 100-Liter-Maßstab skaliert. Trotz klarer Vorteile bleiben Herausforderungen wie Durchbiegung, Langzeitstabilität und Kosteneffizienz bestehen. Wenn diese Hürden gemeistert werden, könnte die Beschichtung den Marktanteil dünner Solargläser signifikant erhöhen, die CO₂-Bilanz von PV-Modulen verbessern und neue Installationsmöglichkeiten auf statisch belasteten Dächern eröffnen.
