Häuser als Kraftwerke: Unternehmen bauen Fassadenteile aus Solarzellen

Häuser als Kraftwerke: Unternehmen bauen Fassadenteile aus Solarzellen

von Andreas Menn

Mit Solarzellen für Glasfenster werden Gebäude zu Stromproduzenten.

Glas ist heute einer der wichtigsten Baustoffe: Als Fassade von Bürotürmen, als Dach riesiger Bahnhöfe, als Lärmschutzwand an der Autobahn. Es lässt Gebäude hell und leicht erscheinen. Und wenn es nach Hermann Issa geht, erzeugt es bald auch ihre Energie.

Wir wollen Glasfassaden zu Solarkraftwerken machen“, sagt der Leiter der Geschäftsentwicklung beim Nürnberger Solarhersteller Belectric OPV. Das an sich ist zwar nichts Neues – verschiedene Hersteller bieten bereits Silizium-Zellen in Glasfenstern an.

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Aber die Nürnberger produzieren keine herkömmlichen, sondern so genannte organische Solarzellen – dünne, biegsame Folien, die sich in Massen in Druckern herstellen lassen. Und als erster Hersteller weltweit hat Belectric nun zusammen mit dem Glasveredeler BGT aus Bretten bei Karlsruhe ein marktfähiges Fenster entwickelt, in dem organische Solarzellen ab Werk eingebaut sind.

Neue Ära der SolarstromerzeugungEs könnte der Aufbruch in eine neue Ära der Solarstromerzeugung sein. Denn die Technik kann der so genannten gebäudeintegrierten Fotovoltaik zum Durchbruch verhelfen. Gemeint sind Solarkraftwerke, die nicht in separaten Modulen aufs Dach geschraubt werden – sondern ab Werk Teil der Fassade, der Fenster oder des Dachs sind. Die gesamte Gebäudehülle würde damit zu einem Kraftwerk.

"Die gebäudeintegrierte Fotovoltaik hat enorme Chancen", sagt Volker Quaschning, Solarenergie-Experte an der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin. "Mit ihr lässt sich Strom regenerativ erzeugen, ohne weitere Flächen zu verbrauchen." Zudem spare die Technik Baumaterialien, wodurch die Solaranlagen wirtschaftlicher würden als heute. "Da solche Anlagen allerdings noch Nischenprodukte sind, sind die Kosten noch vergleichsweise hoch", sagt Quaschning, "was die Verbreitung als Gebäudestandard erschwert."

Bisher nämlich ist die Herstellung der Solar-Bauteile aufwändig und teuer: Die Hersteller verwenden oft spezielle Silizium-Module, die eigens perforiert werden, um später genügend Licht ins Gebäude zu lassen. Die Zellen müssen dann im Glas miteinander verbunden und fixiert werden, um schließlich in das Fenster eingeschlossen zu werden. Bricht dabei eine Zelle, ist das Fenster für die Tonne.

Anders sei das bei organischen Solarzellen, sagt Belectric-Manager Issa. Sie ließen sich viel einfacher in die normale Herstellung von Glasbauelementen einbinden. Dazu schneiden die Nürnberger ihre Solarfolien in die entsprechende Form und liefern sie ans BGT-Werk. Dort legen die Arbeiter sie kurzerhand in die Scheiben ein, die dann laminiert und zusammengesetzt werden.

Heraus kommen Fenster in beliebiger Form und variabler Größe, die komplett oder zum Teil mit halbtransparenten Solarmodulen ausgestattet sind – in rot, grün oder blaugrau. Dabei können die Solarfolien auch in Form von Ornamenten oder geometrischen Mustern zusammengesetzt werden. Belectric hat bereits Solarzellen hergestellt, die so aussehen wie die Blätter eines Baumes. Der Strom wird über Kabel abtransportiert, die sich in die Fassade einbauen lassen.

Das Verfahren sei wesentlich günstiger als jede andere Solarfassaden-Herstellung, sagt Issa. Da die Abläufe nun eingeübt sind, suchen die beiden Partner nach Bauherren, die ein erstes Gebäude mit dem neuen Solarglas ausstatten. In weniger als zwei Jahren schon könnte die erste Strom erzeugende Fassade stehen. Partner BGT hat unter anderem die Fenster der Kuppel im Berliner Reichstag hergestellt, die des neuen Freedem-Towers in New York - und jene des Apple-Shops an der New Yorker 5th Avenue.

Die Solarfolie ins Glas einlegen - fertigNoch müssen die Solar-Pioniere Überzeugungsarbeit leisten. Denn organische Solarzellen, die erst seit gut zehn Jahren intensiv erforscht werden, erreichen im fertigen Modul bisher nur einen niedrigen Wirkungsgrad von vier Prozent, Silizium-Module etwa vom Anbieter REC dagegen 17 Prozent. Pro Kilowatt installierter Leistung brauchen die organischen Zellen daher rund vier mal so viel Fläche wie ihre Silizium-Pendants. Doch die Zahlen lassen sich nicht so leicht vergleichen.

Denn erstens werden Silizium-Zellen in der Solarfassade gelöchert – und haben dann nur noch halb sie viel aktive Fläche wie im klassischen Dachmodul. Zweitens erhitzen sie sich im Sonnenlicht in der gut isolierten Hausfassade – und verlieren dadurch weiter an Leistung. Organische Solarzellen erzeugen dagegen auch bei Hitze gleich viel Strom, unter Umständen sogar ein wenig mehr als bei Raumtemperatur.

Drittens erzeugen Silizium-Zellen mindestens zehn Prozent weniger Strom, wenn sie senkrecht stehen statt 30 Grad gen Süden geneigt. Organische Solarzellen dagegen produzieren bei fast jedem Einfallswinkel die gleiche Menge Energie. Auch wenn es bewölkt und das Licht diffus ist, ist ihr Ertrag gemessen an ihrer maximalen Leistung höher als bei der herkömmlichen Technik.

Belectric-Manager Issa geht deshalb davon aus, dass die Solarfassaden seines Unternehmens pro Einheit installierter Leistung mehr Strom liefern als Silizium-Solarfassaden. In Deutschland, bei optimaler Sonneneinstrahlung, seien 1300 Kilowattstunden Strom pro Jahr und installiertem Kilowatt möglich – mit Silizium nur 980 Kilowattstunden.

Die Solarfolien lassen sich einfach ausdruckenZwar müssen organische Solarzellen dann immer noch mehr Fläche einnehmen als Silizium-Zellen, um die gleiche Menge Strom zu produzieren. „Aber das Ziel ist nicht die maximale Energieausbeute pro Quadratmeter“, sagt Issa, „sondern in Gebäuden möglichst preiswert zusätzlichen Strom zu erzeugen.“ Am Ende zählt nicht der Wirkungsgrad, sondern wie viel die Kilowattstunde Strom kostet – und wie viel Aufpreis Bauherren für das Solarglas zahlen müssen.

Hier haben die organischen Zellen einen klaren Vorteil: Erstens sollen ihre Herstellungskosten bei Massenfertigung und steigendem Wirkungsgrad stark sinken und die billigsten Silizium-Module unterbieten. Einfache Siebdruckmaschinen, Filmbeschichtungsanlagen und preiswerte Rohstoffe reichen in der Belectric-Fabrik, um die Solarfolien herzustellen. Zweitens ist der Einbau in die Fensterscheibe, wie beschrieben, unkompliziert und preiswert.

Wieviel der Strom dann pro Kilowattstunde kosten soll, sagt Issa allerdings nicht. Bisher dürfte die Technik noch teuer sein, weil sie noch nicht in Massen gefertigt wird und Chemiekonzerne die Rohstoffe nur in kleinen Mengen herstellen. Aber heute schon kosten hochwertige Glasfassaden mehrere tausend Euro pro Quadratmeter. Mit eingebauter Solarzelle sollen ein paar Prozent Aufpreis hinzukommen.

Die Nürnberger wetten darauf, dass sich dieser Aufpreis für Bauherren bald schon rechnet. Denn der Strom aus der Steckdose wird immer teurer – und schon jetzt ist selbst erzeugter Strom aus Sonnenlicht billiger. Außerdem dürfen Gebäude in der EU ab 2020 netto keine Energie mehr verbrauchen. Das können Architekten durch Wärmedämmung erreichen – oder, zumindest teilweise, durch Solarstrom, der über einen Tauchsieder die Heizung versorgt.

Eine Beispielrechnung macht die Vorteile deutlich: Ein achtstöckiges Bürogebäude mit Glasfassade könnte ein 2000-Quadratmeter-Solarkraftwerk beherbergen. Die Leistung der halbtransparenten Zellen liegt bei 30 bis 40 Watt pro Quadratmeter. Macht 80 Kilowatt Leistung. Eine herkömmliche Solaranlage bräuchte dazu eine mindestens 600 Quadratmeter große Dachfläche – das entspricht einer 30 Meter langen und 20 Meter breiten Lagerhalle. Viele Bürotürme haben nicht annähernd so viel Dachfläche. Zudem stehen oft Aufzugschächte und Lüftungsanlagen im Weg.

Jetzt sind Architekten gefragtWie die Chancen für die neue Solarfassade stehen, hängt von mehreren Faktoren ab. Erstens muss Belectric das Vertrauen in die Haltbarkeit seiner Zellen wecken. Zwar hat der TÜV in Tests eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren bestätigt, aber kein Zertifikat vergeben, weil nur Serienprodukte eines erhalten, aber keine Sonderanfertigungen.

Zweitens müssen Architekten Interesse an den bunten Kraftwerks-Fenstern finden. Sollte die Ästhetik nicht überzeugen, wäre das bereits das Aus für die Technik. Doch weil organische Solarzellen in Farbe und Form viel mehr Möglichkeiten bieten als Silizium-Solarzellen, glaubt Belectric-Manager Issa an den Erfolg.

Drittens muss das Marktumfeld für Solarfassaden stimmen. Herkömmliche Solarmodule könnten durch Massenfertigung und Technik-Sprünge noch preiswerter werden – und damit den Preisvorteil von Solarfassaden nichtig machen. Und sollten Pläne der Bundesregierung für eine Besteuerung selbst erzeugten Stroms umgesetzt werden, könnte die Rechnung für das Hauskraftwerk schon deutlich schlechter aussehen als bisher.

Zudem steht mit so genannten Farbstoffsolarzellen eine Konkurrenztechnologie in den Startlöchern. Die lassen sich direkt auf Glas auftragen, wodurch  die Herstellung von Solarfassaden noch einfacher würde. Die Unternehmen Oxford PV aus Großbritannien und Dyesol aus Australien wollen 2016 und 2017 erste Produkte auf den Markt bringen. Aber Konkurrenz belebt ja bekanntlich das Geschäft.

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