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Wie transparente Solarzellen das Fenster zum Kraftwerk machen

Lange Zeit war das Fenster hauptverantwortlich für die Energieverluste aus Gebäuden. Eine positive Energiebilanz erreichten erst speziell für Passivhäuser entwickelte Fenster. 

 

Transparente Solarzellen und -folien erlauben es hingegen, dass Fenster künftig als kleine Stromkraftwerke dienen können. Lesen Sie in diesem Blogbeitrag, wie sich das Fenster zum Energieproduzenten der Zukunft entwickeln kann.

Vom Energiefresser zur Energiequelle durch transparente Solarzellen

Früher einmal war die Bezeichnung „Windlöcher“ für Fenster durchaus geläufig. Und auch in der englischen Bezeichnung „Window“ schwingen die Luftströme sprachlich noch mit. Die energetische Bilanz eines solchen Windlochs war natürlich katastrophal. In Zeiten, in denen Glas für die breite Bevölkerungsschicht noch unleistbar war, hatten diese Fenster noch relativ kleine, um nicht zu sagen winzige, Dimensionen.

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Durch die Fenster geht die Energie verloren

Mit der Doppelverglasung der Fenster verschwand dann auch der unerwünschte Luftstrom. Jede Menge Wärmeenergie ließen und lassen auch noch diese Fenster nach draußen. Wiewohl Fenster nur zehn Prozent der isolierten Außenhülle eines Gebäudes ausmachen, geht doch die Hälfte der Heizenergie durch sie verloren.

In einem Passivhaus hingegen spielen Fenster nicht nur die Rolle des Energieverschwenders. Sie können Gebäude auch durch passive Solarnutzung mit Wärmeenergie versorgen. Speziell für Passivhäuser konzipierte Fenster erreichen bisweilen sogar eine positive Energiebilanz.

Durchsichtige Solarzelle soll Glaspaläste zu Kraftwerken machen

An der Michigan State University hat nun ein Forscherteam rund um Professor Richard Lunt eine transparente Solarzelle entwickelt. Diese würde sich auch hervorragend für den Einsatz als Fenster eignen. Die Glaspaläste einer Großstadt könnten damit als Kraftwerke dienen, die Energie genau dort erzeugen, wo große Mengen davon auch benötigt werden.

Lunts transparente Solarzelle ist deshalb so bemerkenswert, weil sie ein Paradoxon löst: Photovoltaik wandelt das Lichtspektrum in Strom um. Dieses Lichtspektrum fehlt dann dem menschlichen Auge. Semitransparente Solarzellen verwenden nur einen Teil des Spektrums zur Energiegewinnung und geben den anderen in Form von abgedunkeltem oder farbigem Licht weiter.

Die Energie kommt vom unsichtbaren Licht

Bei der von Lunts Team entwickelten Technologie absorbieren organische Salzmoleküle nur den für das menschliche Auge unsichtbaren Teil des Lichtspektrums. Diese Wellen werden an die Ränder der Solarzelle weitergeleitet. Erst dort wir die Lichtenergie in Strom umgewandelt. Lunts Erfindung hat allerdings auch eine Schwäche: Der Wirkungsgrad beträgt gerade einmal ein Prozent. Fünf Prozent wären möglich, schätzt das Forscherteam. Zum Vergleich: Monokristalline Solarzellen, so wie sie häufig auf Hausdächern zu finden sind, schaffen einen Wirkungsgrad von bis zu 25 Prozent. Es gibt also noch jede Menge zu tun, um die transparente Solarzelle markttauglich zu machen.

Transparente Solarzelle zum „Aufdampfen“

Lunts Erfindung ist aber beileibe nicht die einzige, die das Potenzial hat, Fenster in Kraftwerke zu verwandeln. An der Universität Leipzig hat eine Gruppe von Wissenschaftern rund um Professor Marius Grundmann eine transparente Solarzelle entwickelt, die direkt auf Fensterscheiben aufgedampft werden kann. Die für die Herstellung notwendigen Oxide aus Zink und Nickel sind zudem preiswert und in nahezu unbegrenzten Mengen vorhanden. Und der Wirkungsgrad der Erfindung liegt immerhin schon bei drei Prozent.

Photosynthese am Grazer Science Tower

Ob und wann die beiden, fast unsichtbaren Solarkraftwerke auch in Fensterrahmen am Markt erhältlich sein werden, steht noch nicht fest. Relativ sicher ist hingegen, dass der Science Tower in Graz heuer im Herbst fertig gestellt wird. Denn der Baufortschritt schreitet zügig voran. Dieses Wahrzeichen der Smart City Graz, das als Forschungsgebäude für Urban and Green Technologies verwendet werden wird, hat eine Menge neuer Technologien an Bord. Die Energieglas-Fassade ist eine davon. Diese wandelt Sonnenlicht in elektrische Energie um und ist dabei farbig transparent. Der Prozess ähnelt der Photosynthese bei Pflanzen. Kern des Energieglases ist die so genannte Grätzelzelle, eine elektrochemische Farbstoff-Solarzelle. Die ist übrigens nach ihrem Erfinder Michael Grätzel benannt, und hat mit dem Wiener Grätzl gar nichts zu tun. Das am Science Tower verwendete Energieglas besteht aus einem farbigen Elektrolyt, das von zwei Glasscheiben eingeschlossen ist. Es ist also transparent und eignet sich damit auch als Fenster - allerdings eben als färbiges.

Solarfolie eignet sich auch für Fenster

Transparent und färbig ist auch die Solarfolie, die das Dresdner Startup Heliatek entwickelt hat. Der HeliaFilm® ist dünner als ein Millimeter, ultraleicht und biegsam. Er besteht aus einer Schicht organischer Moleküle, die bei sehr niedrigen Temperaturen auf eine flexible PET-Folie abgeschieden werden. Zur Herstellung sind keine gefährlichen oder knappen Rohstoffe notwendig. Die Produktion erfolgt auf der Rolle und ist äußerst kostengünstig: Die energetische Amortisierungszeit, auch „energy payback time“ genannt, beträgt lediglich drei Monate. Der Wirkungsgrad der Folie ist dabei äußerst hoch: Derzeit hält Heliatek den Weltrekord für organische Solarzellen mit einer Zelleffizienz von 13,2 Prozent für opake (nicht transparente), organische Solarzellen. Bei einer Transparenz von 50 Prozent beträgt der Wirkungsgrad dann immer noch 6 Prozent. Die Folie eignet sich also auch dafür, um Fenster zu Solarkraftwerken zu machen. Besonders dann, wenn bei diesen Fenstern eine gewisse Tönung erwünscht ist. So wie dies etwa im Automobil der Fall ist. Oder in hippen Glaspalästen, Seminarräumen und Bürogebäuden.

Fazit: Wie transparente Solarzellen das Fenster zum Kraftwerk machen

Ein Fenster bedeutet den unsichtbaren Verlust von Energie. Und zwar genau dort, wo diese dringend benötigt wird. Nämlich in Gebäuden. Dank neuester Entwicklungen, die teilweise auch schon am Markt verfügbar sind, kehrt sich die Rolle des Fensters als unsichtbarer Energieverschwender genau um. Transparente Solarzellen oder -folien machen Fassaden und Fenster zu Kraftwerken. Kraftwerke, die mehr oder weniger unsichtbar und unbemerkt für Energie aus der Sonne sorgen. Diese Fenster verstärken damit einen Trend in der Solarenergieerzeugung: deren Gestalt wandelt sich von hässlichen, auf Metallgerüsten montierten Paneelen auf Hausdächern zu fast unsichtbaren, dafür aber ständigen Begleitern: Solarzellen werden zu Dachziegeln oder zu einem integralen Bestandteil von Business-Taschen oder Rucksäcken. Man darf also gespannt sein, wo und wie in Zukunft noch überall Strom aus der Sonne gewonnen werden wird.

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Angela Hengsberger

Geboren in Wien. Sie war bei Lead Innovation für die Geschäftsentwicklung mit den Funktionen Marketing, Vertrieb und Kommunikation zuständig.
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