Im Zuge der Energiewende rückt die gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) weiter in den Fokus, da sie Fassaden als zusätzliche Energieflächen erschließt. WGP- Forschende entwickeln hierfür einen flexiblen Produktionsprozess, der unterschiedliche Solarmodule produzieren kann.
Juni 2026 – Während klassische Solarmodule vor allem für standardisierte Dach- und Freiflächenanlagen produziert werden, eröffnet die gebäudeintegrierte Photovoltaik neue Einsatzmöglichkeiten in Fassaden und anderen baulichen Elementen. Damit wächst jedoch auch der Anspruch an die Produktion. Die Solartechnik soll architektonisch integrierbar sein, gleichzeitig aber wirtschaftlich und prozesssicher gefertigt werden.
Gerade bei Fassadenlösungen reichen die bisherigen Produktionskonzepte dafür nur bedingt aus. Konventionelle Photovoltaik-Fertigung ist auf hohe Stückzahlen, wiederkehrende Geometrien und möglichst identische Module ausgelegt. BIPV verlangt dagegen eine deutlich größere Variantenvielfalt, denn neben der technischen Funktion spielen auch ästhetische Anforderungen und die Akzeptanz durch Architekt*innen sowie Eigentümer*innen eine wichtige Rolle. Unterschiedliche Modulformate, wechselnde Abmessungen und anwendungsspezifische Designs machen deshalb flexible Fertigungsprozesse erforderlich.
Mit einer Versuchsanlage arbeiten Forschende des WGP-Instituts für Montagetechnik und Industrierobotik (match) der Leibniz Universität Hannover gemeinsam mit dem Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) daran, die Produktion so zu flexibilisieren, dass auch Kleinserien und Einzelanfertigungen technisch und wirtschaftlich umsetzbar werden. Dafür werden sowohl flexible Einzelprozesse als auch digitale Systeme für das optimale Zusammenspiel entwickelt. Ziel ist eine Fertigung, die sich an unterschiedliche Anforderungen anpassen kann, ohne Präzision oder Prozesssicherheit zu verlieren.
Variable Greifsysteme für die Fertigung
Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Handhabung der Solarzellenstrings. Dabei handelt es sich um bereits verbundene und kontaktierte Reihen von Solarzellen. Diese sind empfindlich, in ihrer Anzahl und Größe variabel und müssen im Produktionsprozess sehr genau positioniert werden. Herkömmliche Greifsysteme stoßen hier schnell an Grenzen, wenn verschiedene Zellformate in derselben Linie verarbeitet werden sollen. Deshalb wurden Greifkonzepte untersucht, die nicht auf ein einzelnes Zellformat (M2, M6 oder M12) festgelegt sind, sondern sich an unterschiedliche Stringgeometrien anpassen lassen.
Dazu wurde ein modulares Vakuumgreifsystem entwickelt, dessen Aufbau eine variable Anpassung an verschiedene Zellabstände und Stringlängen ermöglicht. Als Grundlage dient eine durchgeführte Analyse gängiger Zellformate, aus der geeignete Greifbereiche abgeleitet wurden. Die Vakuumdüsen können so positioniert werden, dass sie die Strings sicher aufnehmen, ohne die empfindlichen Zellen zu beschädigen. Auf diese Weise wird ein formflexibler Greifprozess möglich, der sich in eine automatisierte Produktionskette für BIPV integrieren lässt.
Durchgeführte Versuche zeigen, dass sich Strings unterschiedlicher Formate grundsätzlich beschädigungsfrei handhaben lassen. Besonders wichtig ist dabei, dass die Greifpunkte so gewählt werden, dass die Zellen beim Aufnehmen stabil geführt werden und keine kritischen Verformungen auftreten. Gleichzeitig machen die Ergebnisse deutlich, dass die reine Greiftechnik allein noch nicht ausreicht, um in jedem Fall eine präzise Ablage sicherzustellen. Für die weitere Entwicklung werden deshalb auch Sensorik und Prozessüberwachung des Gesamtprozesses eine relevante Rolle spielen.
Abbildung 1: Entwickelter Greifer für die flexible Handhabung von Solarzellenstrings, Quelle: match Hannover
Marktreife in wenigen Jahren
Um die Lücke zwischen architektonischer Gestaltungsfreiheit und einer automatisierten, wirtschaftlichen Fertigung zu schließen, wird im Projekt unter anderem die Greiftechnik weiterentwickelt. Ziel ist es, nicht nur Strings, sondern auch Folien und Glasscheiben flexibel handhaben zu können. Parallel dazu wird gemeinsam mit dem ISFH untersucht, an welchen Stellen der Prozess durch geeignete Sensorik ergänzt werden muss, um die Fertigung insgesamt anpassungsfähiger zu gestalten. Derzeit ist die Prozessführung noch auf bestimmte Zell- und Modulformate ausgelegt, sodass eine Umstellung auf andere Varianten mit erheblichem zeitlichem und wirtschaftlichem Aufwand verbunden ist.
„Die Herausforderung besteht darin, eine bestehende Prozesskette so zu flexibilisieren, dass unterschiedliche Modulformate effizient gefertigt werden können“, sagt Jessica Schönburg, die das Projekt am match bearbeitet. Unterstützend soll dabei künftig auch künstliche Intelligenz eingesetzt werden, um Prozessdaten auszuwerten und Umstellungen zu erleichtern.
Mit der Kombination aus adaptiver Greiftechnik und digital gestützter Prozessführung soll ein wesentlicher Schritt hin zu flexibleren Produktionsabläufen erreicht werden. Langfristig geht es darum, diese Ansätze so weiterzuentwickeln, dass die Fertigung von BIPV-Modulen nicht nur technisch möglich, sondern auch wirtschaftlich konkurrenzfähig zur konventionellen Photovoltaik wird. Ein Demonstrator ist für Ende dieses Jahres geplant; derzeit wird ein geeignetes Gebäude gesucht, an dem die Module erprobt werden können. Im Fokus stehen dabei vor allem Bestandsgebäude, die mit BIPV-Lösungen nachgerüstet werden sollen. Dafür sollen die Module künftig in verschiedenen Farben und Oberflächenvarianten verfügbar sein, um auch architektonischen Anforderungen besser gerecht zu werden. Erste Prototypen werden bereits installiert.
Abbildung 2: Bestimmung der Greifposition für unterschiedliche Zellgrößen, Quelle: match Hannover
Weiterführende Informationen:
Förderer:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Ansprechpartner:
Institut für Montagetechnik und Industrierobotik
Leibniz Universität Hannover
Annika Raatz
Institutsleiterin
Tel.: +49 511 76218244
E-Mail: raatz@match.uni-hannover.de
Jessica Schönburg
Wissenschaftlicher Mitarbeiterin
Tel.: +49 152 37620510
E-Mail: schoenburg@match.uni-hannover.de
Downloads:
Produktionszelle für Solarmodule | Quelle: match Hannover
Entwickelter Greifer für die flexible Handhabung von Solarzellenstrings | Quelle: match Hannover
Bestimmung der Greifposition für unterschiedliche Zellgrößen | Quelle: match Hannover