Ein Forschungskonsortium unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE hat im Projekt ArKol zwei neuartige solarthermische Fassadenkollektoren entwickelt, die architektonisch ansprechend einen integralen Bestandteil der Fassade darstellen: einen Streifenkollektor und eine Solarthermie-Jalousie.

Gestaltungsfreiheit für Architekten

„Ziel des Projekts war, das große Flächenpotenzial von Fassaden für die Wärmeerzeugung zu nutzen und gleichzeitig Architekten mehr Gestaltungsfreiheit zu geben, denn ein Hemmnis für den breiten Einsatz von Solarthermie waren bislang die Vorbehalte potenzieller Kunden gegenüber dem Erscheinungsbild der Kollektoren. Zugleich sollte der Planungsaufwand reduziert und eine vereinfachte Montage und Installation ermöglicht werden“, so Michael Hermann, Koordinator für Innovationsprozesse im Geschäftsbereich Thermische Systeme und Gebäudetechnik am Fraunhofer ISE.

Fassaden weisen gegenüber der klassischen Aufdach-Installation von Solarthermie-Kollektoren eine Reihe von Vorteilen auf. So passt das Einstrahlungsprofil bei Heizungsunterstützung der Innenräume besser zum tatsächlichen Energieverbrauch: Im Winter, wenn die Sonne niedriger steht, wird die Fassade in einem günstigeren Winkel angestrahlt als das Dach und kann daher einen höheren Ertrag liefern. Im Sommer dagegen, wenn der Wärmebedarf deutlich geringer ist und sich im Wesentlichen auf die Trinkwassererwärmung beschränkt, unterliegen die Fassadenkollektoren einer geringeren Sonneneinstrahlung. Sie erzeugen daher weniger überschüssige Wärme, was die Materialbelastung von Kollektor und Fluid verringert und eine längere Lebensdauer ermöglicht. Im urbanen Raum mit hohen Gebäuden stehen zudem mehr Flächen an Fassaden als auf Dächern zur Verfügung – zumal diese oft auch für Fahrstuhlschächte und andere technische Aufbauten benötigt werden.

Solarthermie-Jalousie als multifunktionales Fassadenelement

Das Gewinnen von solarer Wärme an transparenten Gebäudebereichen ist mit herkömmlichen Kollektoren bisher nicht oder nur unter Einschränkung der Transparenz möglich. Gleichzeitig werden in verglasten Fassaden von Hochhäusern häufig Jalousien zwischen Glasscheiben in Doppelfassaden eingesetzt. Durch die Sonneneinstrahlung treten Temperaturen bis zu 100 °C in diesem Zwischenraum auf. Die Solarthermie-Jalousie kann diese überschüssige Wärme wie ein solarthermischer Kollektor abführen und bietet gleichzeitig die volle Beweglichkeit und Funktionalität eines Lamellen-Sonnenschutzes. Somit kann die Solarthermie-Jalousie bei Bedarf komplett gerafft werden und bietet dann volle Transparenz. Durch das Abführen der Wärme kann im Sommer zudem die Kühllast des Gebäudes verringert werden, was den Energiebedarf zusätzlich senkt.

Dazu werden Wärmerohre (Heat-Pipes) in die Lamellen integriert, um die Wärme der als Absorber dienenden Lamellen über eine schaltbare thermische Kopplung, trocken ohne Flüssigkeitstransfer, an einen seitlichen Sammelkanal zu übergeben. Dank dieses Wärmeübertragungskonzepts können die Lamellen durch einfaches Lösen des Kontakts wie herkömmliche Jalousien bewegt werden. Die Solarthermie-Jalousie ist vor allem für Doppelfassaden geeignet, deren Zwischenraum einen guten Witterungsschutz bietet.

Streifenkollektoren – hohe Effizienz und flexible Gestaltung

Der ebenfalls im Projekt entwickelte Streifenkollektor bietet gegenüber klassischen Solarkollektorbauarten ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich Größe, Farbe, Abstand, Anzahl und Ausrichtung und stellt damit ein gestalterisch attraktives Bauelement dar. Die streifenförmige Kollektorkonstruktion kann in unterschiedlichen Längen ausgeführt und stufenlos auf der Unterkonstruktion positioniert werden. Die Bereiche zwischen den einzelnen Kollektorstreifen können mit üblichen Fassadenbekleidungsmaterialien in beliebiger Höhe ergänzt werden. Technisch möglich wird dies dadurch, dass die Wärme, die durch Sonneneinstrahlung auf dem spektralselektiv beschichteten Absorber im Kollektor entsteht, durch Wärmerohre zur Seite transportiert und dort trocken an den Sammelkanal übertragen wird. Da nur der Sammelkanal von einem Solarfluid durchströmt wird, benötigen die einzelnen Kollektoren keinen hydraulischen Anschluss.

Die Kollektoren werden in die Unterkonstruktion einer vorgehängten hinterlüfteten Fassade (VHF) mit marktüblichen Agraffen eingehängt. Dieses Konzept ist sowohl an Neubauten als auch im Rahmen einer Sanierung umsetzbar. „Diese Plug&Play-Lösung erleichtert die Abstimmung der Gewerke im Bauprozess und schafft klare Schnittstellen für Installation und Haftung. Auch die vereinfachte Hydraulikplanung erleichtert Fassadenbauern, Stuckateuren und Malern die Umsetzung“, erklärt Katharina Morawietz, Teilprojektleiterin Streifenkollektor.

25.3.2020 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH