Können Solarfenster einen Beitrag zur Energiewende leisten?

Warning: Undefined variable $output in /homepages/33/d267726697/htdocs/clickandbuilds/energyload/wp-content/plugins/wordpress-plugin-for-simple-google-adsense-insertion/WP-Simple-Adsense-Insertion.php on line 105

Warning: Undefined variable $output in /homepages/33/d267726697/htdocs/clickandbuilds/energyload/wp-content/plugins/wordpress-plugin-for-simple-google-adsense-insertion/WP-Simple-Adsense-Insertion.php on line 72

Warning: Undefined variable $output in /homepages/33/d267726697/htdocs/clickandbuilds/energyload/wp-content/plugins/wordpress-plugin-for-simple-google-adsense-insertion/WP-Simple-Adsense-Insertion.php on line 105

Bei einem Fenster mittlerer Größe gehen zwischen 10 und 12 Prozent der Wärmeenergie verloren. Gleichzeitig lässt sich aber mit Fenstern mithilfe von transparenten Solarzellen auch Energie produzieren. Unklar ist bisher jedoch, ob Solarfenster einen Beitrag zur Energiewende leisten können. Da der Baustoff Glas sehr beliebt in der modernen Architektur ist, könnte viel Potenzial bestehen.

Die moderne Architektur liebt Glas

In größeren Städten und vor allem an Hochhäusern fällt immer wieder auf, dass der Baustoff Glas gerne in der modernen Architektur verwendet wird. Riesige Glasfassaden zieren Wolkenkratzer, futuristische öffentliche Gebäude, Stadien oder Bahnhöfe. Doch auch ältere Gebäude haben größere Glasfenster. Hier steckt viel Potenzial für Solarfenster. Diese Flächen könnten durchaus zur Erzeugung von Energie genutzt werden. Anders als herkömmliche Solarmodule sind Solarfenster transparent, damit das Licht in das Gebäude gelangt.

Transparente Solarmodule: Forschungsstand der Universität Leipzig

Große Fortschritte im Bereich der Entwicklung transparenter Solarzellen machten vor allem die Michigan State University und die Universität Leipzig. Die Technologie war weltweit bereits bekannt, aber wirklich transparent waren die meisten Solarmodule nicht.

Die erste tatsächlich transparente Solarzelle wurde von einer Forschungsgruppe der Universität Leipzig von Professor Marius Grundmann im Jahr 2016 vorgestellt. Anders als herkömmliche Solarzellen bestehen diese nicht aus Silizium, sondern aus günstigen Nickel- und Zinkoxiden. Die Metalloxide befinden sich als hauchdünne Schicht auf dem Glas. Die Solarfenster fangen jedoch nur einen Teil des Lichtspektrums auf: Die UV-Strahlung. Demgegenüber lassen die transparenten Solarpanels die Anteile ungenutzt durch, die normale Solarzellen aufnehmen. Die in Leipzig entwickelten Solarzellen wandeln etwas mehr als 4% des UV-Lichts in Energie um. Der Wirkungsgrad sollte erhöht werden, um die Technologie für große Anwendungsbereiche interessant zu machen. Bisher konnten hier keine Erfolge verzeichnet werden, da keine industrielle Umsetzung stattfand. Ursache hierfür sei die „konstruktionsbedingte geringe Energieausbeute“.

Forschungsstand in den USA

Anders sah es in den USA aus, denn hier konnte die Technologie der transparenten Solarzellen mehr Fortschritte erzielen. Aus dem Forschungsprojekt der Michigan State University und des MIT entstand das Silicon-Valley-Startup ubiquitous Energy. Sie sollen das Solarfenster auf den Markt bringen. Letztes Jahr installierten sie transparente Solarmodule an einer 100 m² großen Fensterfläche ihres Firmengebäudes. Die erzeugte Energie reicht für die Beleuchtung des Konferenzraums.

Ähnlich wie bei der Leipziger Technologie wird auch hier die UV-Strahlung aufgefangen. Man verwendet hierfür eine Schicht aus organischen Salzmolekülen. Dabei kann man das Material so abstimmen, dass es nur die ultravioletten und die infrarotnahen Wellenlängen aufnimmt. Das Unternehmen ubiquitous Energy sprach von einem Wirkungsgrad von bis zu 10 Prozent.

Südkorea überholt Deutschland und die USA

Die neusten Entwicklungen stammen jedoch nicht aus dem Silicon Valley oder Deutschland, sondern aus Südkorea. Ein Forschungsteam um Professor Joondong Kim vom Institut für Elektrotechnik der Incheon National University entwickelte transparente Solarzellen auf Basis von Halbleitern. Das ist das Material, welches die herkömmlichen Solarzellen undurchsichtig machen. Genutzt wird Titanoxid und Nickeloxid, ein sehr umweltfreundliches und ungiftiges Material. Es hat die Eigenschaft, UV-Licht zu absorbieren und lässt das andere Licht passieren. Bei ihren Forschungen beschichteten die Wissenschaftler ein Glassubstrat mit beiden Halbleitern und erzielten einen Wirkungsgrad von 2,1 Prozent. Zunächst klingt dies schlechter als die Ergebnisse aus den USA und Deutschland, doch die Solarzelle funktionierte auch bei schlechten Lichtverhältnissen.

Einen höheren Wirkungsgrad von 12,2 Prozent erreichte das Forschungsteam des Ulsan National Institute of Science and Technology in Südkorea mit einem anderen Ansatz. Sie nutzten Silizium-Solarzellen und stanzten in sie Löcher mit dem Durchmesser eines menschlichen Haars. Die löchrigen Silizium-Solarzellen lassen das Licht ohne jegliche Verfärbung durch.

Solarfolie statt Fensterausbau

Die einfachste Variante wäre es, wenn man Solarfolie auf Fenster kleben könnte. Dies verhindert einen komplizierten Fensterausbau. Diese Idee setzte das Dresdner Unternehmen Heliatek um und brachte Anfang des Jahres die erste organische Solarfolie auf den Markt. Sie sind jedoch nicht transparent, aber in Zukunft soll dies möglich sein. Bei der HeliaSol-Folie handelt es sich um eine Folie, mit integriertem Kleber und allen notwendigen Anschlüssen. Man kann sie auf verschiedenen Oberflächen anbringen – auch Glas. Aktuell eigne sie sich jedoch mehr für Vordächer und Verblendungen und weniger für Fenster. Die Folie hat einen Wirkungsgrad von 8% und ist demnach bereits recht effektiv.

Solarfenster sinnvoll für Energiewende?

Solarfenster scheinen momentan noch eine geringe Effektivität bei der Erzeugung von Energie zu haben. Sie liegen damit unter der Effizienz einer herkömmlichen Solarzelle. Das soll sich aber in der Zukunft ändern. Für den Leipziger Professor sind konventionelle Solarzellen nach wie vor günstiger und effektiver.

US-Forscher sind anderer Meinung, denn wären alle Glasfassaden Solarfenster, könnte man damit einen erheblichen Anteil des Energiebedarfs decken. Sie sind eine ideale Ergänzung für herkömmliche Solarzellen und erzeugen zusätzlich Energie. Berechnet man die Nutzung im großen Maßstab, könnten rund 40% des Energiebedarfs der USA mit Solarglas gedeckt werden. Denn es gibt rund 7 Milliarden Quadratmeter an Glasoberfläche an Gebäuden, die man zur Erzeugung von Energie nutzen kann. Kombiniert mit herkömmlichen Solaranlagen könnten 100% des Bedarfs gedeckt werden, sofern die Energiespeicher besser werden.

Solarfenster und Co. – interessante Alternativen für Verbraucher

Viele Privathaushalte möchten eigenständig Strom erzeugen, doch nicht alle leben in einem Haus. Daher sucht die Wissenschaft nach Alternativen und konventionellen Lösungen für Verbraucher, damit sie aktiv einen Beitrag zur Energiewende beitragen können. Photovoltaik-Fenster und PV-Folie sind hierbei ein Schritt in die richtige Richtung.

Neben Solarfenstern und herkömmlichen Solarzellen auf dem Dach gibt es auch die Option Balkonsolaranlagen zu installieren. Dies sind kleine Minisolaranlagen für den Balkon, die an den konventionellen Stecker angeschlossen werden. Ebenso wie andere Solaranlagen wandeln sie auch Sonnenenergie in Gleichstrom um. Mithilfe eines Wechseltrichters kann man die Energie ins hauseigene Stromnetz einspeisen. Sie generieren bis zu 600 Watt.

Wer keinen Balkon oder Fassade hat, um mit Mini-PV-Anlagen Strom zu erzeugen, kann die Fensterbank nutzen. Es gibt transportierbare Solarmodule, die man zusammenklappt und wieder am gewünschten Ort platziert. Je nach Größe können sie zwischen 100 und 300 Watt generieren. Damit kann man Smartphones oder Laptops aufladen.

Quelle / Weiterlesen