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Unsichtbare Stromquelle

Ein Klassiker unter den erneuerbaren Energien sind Solaranlagen. Man sieht sie häufig auf Dächern oder auf Freilandflächen in ländlichen Regionen. Die unübersehbar großen Panels wandeln Sonnenenergie in Strom um. Ziemlich smart. Lässt sich das toppen? Die Forschung sagt ja! Die weiterentwickelte Photovoltaik-Technologie soll nun an Gebäudefassaden angebracht werden. So wird die Hauswand zur Stromquelle. Solarsysteme getarnt als Fassadenplatten fügen sich in die Gebäudekonstruktion ein. Es gibt sie in matt, glänzend, in unterschiedlichen Farben, als Fensterglas, Dachziegel oder als Balkongeländer. Damit lässt sich eine PV-Anlage optisch deutlich besser in die Gebäudehülle integrieren.

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Landesregierung nimmt Bürger*innen in die Pflicht

Gebäudewände und -dächer sind große und energetisch meist ungenutzte Flächen mit hohem Potential für die solare Energieerzeugung. Dieses Potenzial hat das Land Baden-Württemberg erkannt und als Photovoltaikpflicht im Klimaschutzgesetz verankert. Diese gilt ab Januar 2022 für den Neubau von Nichtwohngebäuden und ab Mai 2022 für den Neubau von Wohngebäuden. Besitzer*innen eines Altbaus werden ebenfalls in die Pflicht genommen und müssen das Eigenheim ab Januar 2023 bei einer grundlegenden Dachsanierung mit einer Photovoltaikanlage nachrüsten. Mit der neuen Technologie bieten sich neue Möglichkeiten in der Gebäudegestaltung. Dieser Meinung ist auch Dr. Thomas Kroyer, Gruppenleiter für den Bereich Beschichtungstechnologien und -systeme am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE: „Ästhetik spielt eine immer wichtigere Rolle und das war eine Motivation für die Entwicklung der bunten Solarmodule.“

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Die Idee hinter der integrierten Photovoltaik

Dr. Thomas Kroyer, Gruppenleiter Beschichtungstechnologien und - systeme am Fraunhofer- Institut für Solare Energiesysteme ISE

Der Bau von Neuem bedeutet meist ein Verbrauch von Ressourcen, wie beispielsweise Materialien oder die Versiegelung von unbebauten Flächen. Natürlich verbraucht die Produktion von PV-Modulen ebenfalls Rohstoffe und Energie. Allerdings liefern die Fassadenmodule im Laufe ihres Lebens mehr Energie zurück, als die Produktion der Module verbraucht. Zudem ist die Installation einfach, da vorhandene Gebäudewände als Unterkonstruktion dienen. Ein weiterer Vorteil: Die Solarfassade dient als Schutzhülle für das Gebäude. „Diese Synergieeffekte reduzieren den Materialverbrauch, verbessern die Ökobilanz der Photovoltaik und erzeugen Kostenvorteile, die bei drastisch gesunkenen Preisen für Solarzellen immer stärker ins Gewicht fallen“, erklärt Dr. Kroyer weiter.

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Raffinesse eines Schmetterlings

Der blaue Morphofalter ist vor allem in Südamerika und auf einigen westindischen Inseln heimisch. Man findet ihn auf Waldwegen, Plantagen und in den tropischen Regenwäldern.

„In Fassaden integrierte Solarmodule gibt es bereits seit einigen Jahrzehnten“, verrät Dr. Thomas Kroyer, allerdings waren sie damals technisch und optisch nicht so weit wie heute. Früher entstanden durch das das Einfärben der Solarmodule starke Leistungseinbußen. Das hat sich gewandelt. Obwohl die Panele durch die Farbe verdunkelt sind, erreichen sie eine Leistung von über 90 Prozent der herkömmlichen Module. Der Trick steckt im Solarglas. „Es ist mit einer Nanobeschichtung versehen, die wir dem Morphoschmetterling aus dem Amazonas-Regenwald abgeschaut haben“, erklärt Kroyer. Wie der Schmetterling im Amazonas, reflektiert das Solarglas durch diese feine Schicht nur bestimmte Wellenlängen des Lichts. Bereits geringste Anpassungen dieser Mikroschicht lassen eine breite Palette an Farben zu – und das in starken Farbtönen und winkelstabil. Ganz schön raffiniert!

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In den Kinderschuhen oder bereit für den Durchbruch?

Die integrierten Solarzellen lassen sich unter dem farbigen Panel kaum erkennen. So wird die Solarfassade eins mit dem Gebäude.

Es stellt sich die Frage der Leistungsfähigkeit. Dr. Kroyer erläutert, dass die Leistung ortsabhängig ist. So sind Verschattung durch Bäume oder Nachbarhäuser genauso wichtige Faktoren, wie die Ausrichtung des Hauses selbst, auf oder an dem die Solarfassade angebracht wird. Im Schnitt kann ein Modul mit einer Größe von zwei Quadratmetern fünf bis sechs Prozent des Strombedarfs einer vierköpfigen Familie decken.

Um den Strom auch an sonnenarmen Tagen nutzen zu können, sind Stromspeicher in Form von Batterien nötig. Damit ist sichergestellt, dass der tagsüber erzeugte Strom am Abend und in der Nacht genutzt werden kann. So kann selbst der Mitternachtssnack mit Sonnenenergie zubereitet werden.

Wussten Sie schon?

Module arbeiten bei niedrigeren Temperaturen besser. Dadurch ist es Solaranlagen möglich, an klaren Wintertagen trotz geringerer Sonneneinstrahlung fast so viel Leistung zu erbringen wie an Sommertagen.

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Das neue Bürogebäude von Drees & Sommer soll Ende des Jahres 2021 in Betrieb genommen werden. (Quelle: Drees & Sommer)

PV-Fassaden sind zukünftig eine wichtige Möglich­keit, bestehende Flächen und Gebäudestrukturen zu nutzen. Dass das auch ohne die „Morpho Color“-Module des Fraunhofer Instituts bereits heute funktioniert, zeigt die Firma Drees & Sommer an ihrem neuen Gebäude in Stuttgart. Dort wurden sogenannte monokristalline Photovoltaik-Wafer in schwarz in die Fassade integriert. Die Fassade der Süd- und Westseiten deckt mit einer Fläche von 670 Quadratmetern ein Drittel des Strombedarfs des Gebäudes ab und erreicht voraussichtlich eine Höchstleistung von circa 100 Kilowatt. Weitere 160 Kilowatt leisten handelsübliche Standardmodule, die auf dem Dach angebracht wurden.

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