Gebäudeintegrierte Photovoltaik: ENERGY FORUM on Solar Building Skins zeigt Einsatzmöglichkeiten von Farbstoff-Solarzellen in der Gebäudehülle

Solar-Fassaden mit semi-transparenten kristallinen Solarzellen reduzieren Stromkosten

Im Rahmen eines Forschungsprojektes hat das Karlsruher Institut für Technologie die Solar-Fassaden von Gebäuden in der nordbrasilianischen Stadt Fortaleza, im südbrasilianischen Florianopolis und in Frankfurt am Main miteinander verglichen. Bei den drei untersuchten Gebäuden wurden in sämtliche Fassaden Fenster mit semi-transparenten kristallinen Solarzellen integriert.

Diese hatten eine Transparenz von nur 30 Prozent, was im Sommer zu erheblichen Einsparungen bei der Kühlung führte. Gleichzeitig führte diese Art der Verschattung aber auch zu einem erhöhten Stromverbrauch für künstliche Beleuchtung. „Dem erhöhten Stromverbrauch konnte jedoch mit einer kontrollierten Beleuchtung entgegengewirkt werden“, erklärt Evelise Didoné vom Karlsruher Institut für Technologie.

Farbstoffsolarzellen können in jeder Ausrichtung eingesetzt werden, ohne an Effizienz zu verlieren

Eine ganz andere Methode, um die Lichtdurchlässigkeit von Photovoltaik-Fassaden zu steuern, ist der Einsatz von Farbstoffsolarzellen (DSC). Anstelle von Silizium werden Farbstoffe verwendet, die Licht in elektrischen Strom umwandeln. Die extrem dünne photoaktive Schicht erlaubt es, transparente Solarzellen herzustellen. Bei der organischen Photovoltaik lässt sich der Grad der Verschattung über Farbe und Transparenz des Materials regulieren.

Trotz des im Vergleich zu kristallinen Zellen geringeren Wirkungsgrades von derzeit rund 8 Prozent können diese Solarzellen jährlich 10 bis 15 Prozent mehr Energie erzeugen als kristalline Zellen, sagt Rossella Corrao von der Architekturfakultät der Universität Palermo. Farbstoffzellen haben unter Schwachlichtbedingungen einen relativ hohen Wirkungsgrad, da dieser nicht primär vom Einfallswinkel der Sonneneinstrahlung abhängt. Deshalb müsse die Installation nicht sonnenorientiert erfolgen, sondern die Module könnten auch in vertikaler oder horizontaler Ausrichtung eingesetzt werden, ohne an Effizienz zu verlieren.

Der Einsatz von DSCs in Glasfassaden oder -fenstern erlaube außerdem eine beidseitige Verwendung der photovoltaischen Elemente zur Absorption von natürlichem Licht von außen sowie von künstlichen Beleuchtungsquellen im Innern eines Gebäudes. Die Nutzungsperiode der Zellen werde somit über den Tagesverlauf signifikant verlängert.

Photovoltaik-Glasziegel produzieren Strom und isolieren gleichzeitig

Derzeit erforscht Corrao innovative Lösungen zur Steigerung der Lichtabsorption von Bauelementen in Fassaden. Ein Projekt untersucht, ob Farbstoffzellen in Glasziegeln den Wärmedurchgangskoeffizienten (R-Faktor) so reduzieren, dass zukünftige EU Gebäuderichtlinien erfüllt werden.

Die Untersuchungen zeigen, dass eine Unterteilung des Hohlraums innerhalb des Glasziegels in zwei oder mehrere Einzelkammern den R-Faktor der Ziegel weiter reduziert. Diese Unterteilung kann laut Corrao durch Farbstoffzellen erfolgen. Glasziegel mit integrierten Farbstoffzellen würden also nicht nur Strom produzieren, sondern gleichzeitig auch besser isolieren als herkömmliche Glasziegel.

Farbton wirkt sich auf photovoltaische Effizienz von Farbstoffzellen aus

Wie sich Farbton und Lichtdurchlässigkeit konkret auf die photovoltaische Effizienz von Farbstoffzellen auswirken, lässt sich im Modell berechnen. Janne Halme von der Aalto-Universität im finnischen Espoo hat untersucht, wie sich Farbstoffzellen im Hinblick auf Nutzerkomfort und Energieerzeugung optimieren lassen.

Halme stellt die Photovoltaik primär in den Dienst der Architektur, das heißt, die Transparenz der Fenster und die Fassadenästhetik stehen beim Einsatz der Farbstoffzellen im Vordergrund: „Die Effizienz der Zellen muss eine untergeordnete Rolle spielen“, so Halme.

Weitere Inhalte der Konferenz

Diese und weitere Forschungsergebnisse werden auf dem 7. ENERGY FORUM on Solar Building Skins am 6. und 7.12.2012 in Brixen vorgestellt. Dieter Moor von der österreichischen Arconsol präsentiert Wirtschaftlichkeitsanalysen von Photovoltaik-Verschattungssystemen in Fassaden; Livio Nichilo von der Universität Toronto wird zeigen, wie die Energieeffizienz von Gebäuden mit Hilfe von Photovoltaik und Heat-Mirror-Glas erhöht werden kann, und Peter Erk von der BASF Deutschland wird das Potenzial der organischen Photovoltaik für die Architektur aufzeigen. Das vollständige Programm der zweitägigen Konferenz befindet sich unter www.energy-forum.com. Veranstalter ist das Economic Forum.

16.09.2012 | Quelle: Economic Forum | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH