Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sonnenstrom für Fassaden

02.03.2020

Photovoltaikelemente befinden sich meist auf Hausdächern – schließlich ist dort die Sonneneinstrahlung am höchsten. PV-Elemente an Fassaden können die Energieversorgung jedoch sinnvoll ergänzen, wie Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP herausgefunden haben: Sie lassen sich ansehnlich integrieren und liefern 50 Prozent mehr Energie als bislang dort montierte Elemente. Selbst Betonwände sind geeignet.

Photovoltaikelemente gehören aufs Dach – schließlich bekommen sie dort am meisten Sonnenlicht ab. Doch dies ist nur die halbe Wahrheit: Sinnvoll ist es darüber hinaus, PV-Elemente an den Fassaden anzubringen.


Eine Fassade in Facetten-Optik ermöglicht einen deutlich höheren Stromertrag.

© A. Heller, ai:L der HTWK Leipzig


Das Photovoltaik-Modul »SOLAR.shell« an der Hausfassade liefert bis zu 50 Prozent mehr Sonnenenergie als herkömmlich angebrachte Solarmodule.

© Fraunhofer IMWS

Zum einen gibt es dort viel ungenutzte Fläche, zum anderen kann der dort gewonnene Strom die Energieversorgung sehr gut ergänzen. Bislang wird diese Möglichkeit jedoch kaum genutzt: Die Sonne strahlt üblicherweise in einem ungünstigen Winkel auf die Fassaden, zudem sind die Elemente meist keine Verschönerung.

Schöne Fassaden mit Pfiff

Dass dies alles andere als ein KO-Kriterium ist, haben Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle im Projekt SOLAR.shell gezeigt – gemeinsam mit Architekten der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig): mit einer Solarfassade, die diese Probleme behebt.

»Die Photovoltaikelemente, die in diese Fassade integriert sind, liefern bis zu 50 Prozent mehr Sonnenenergie als planar an Gebäudewänden angebrachte Solarmodule«, sagt Sebastian Schindler, Projektleiter am Fraunhofer CSP. »Und: Die Fassade macht auch optisch etwas her.«

Die Idee und Entwürfe entwickelten die Architekten der Hochschule. Wie muss welches Photovoltaik-Element gekippt sein, damit es möglichst viel Sonnenstrahlung abbekommt? Wie groß sollten die Module sein, wie viele Solarzellen sollten sie optimalerweise enthalten? Die Ergebnisse wurden in einem 2x3 Meter großen Demonstrator aus Aluminium-Verbundplatten gezeigt, in den insgesamt neun Solarmodule eingelassen sind.

Die Fraunhofer-Experten standen mit ihrem Know-how, Rat und Tat zur Seite. Die verwendeten Photovoltaikelemente stammen ebenfalls aus dem Fraunhofer CSP.

Solarmodule an Betonfassaden

Auch für Betonfassaden haben die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer CSP gemeinsam mit der HTWK Leipzig und der TU Dresden entsprechende Möglichkeiten entwickelt, Photovoltaikelemente zu integrieren. Genauer gesagt für Fassaden aus Carbonbeton: Dieser wurde von einem mehr als 150 Partner umfassenden Konsortium im Projekt »C³ – Carbon Concrete Composite« entwickelt.

Statt Stahldrähte verleihen dabei Carbonfasern dem Beton die nötige Stabilität. »Am Fraunhofer CSP haben wir untersucht, wie sich Photovoltaikelemente am besten an solchen Carbonbeton-Fassaden anbringen lassen – wie man also den neuartigen Beton optimal mit der Gewinnung von Sonnenstrom kombinieren kann«, erläutert Schindler.

Die Forscher haben dabei drei unterschiedliche Konzepte und Verfahren erarbeitet, um die PV-Elemente in die Fassadenteile zu integrieren: Entweder können die Solarmodule direkt mit in die Betonteile eingegossen oder auf die Betonplatten laminiert oder geklebt werden. Auch ist es möglich, die Module mit Druckknöpfen, Schraubverbindungen oder anderen Methoden an den Betonplatten zu befestigen – auf diese Weise lassen sie sich für Wartungen oder Reparaturen leicht abnehmen. »Wir konnten zeigen, dass alle drei Befestigungsmöglichkeiten technisch machbar sind«, fasst Schindler zusammen.

Eine Herausforderung besteht unter anderem darin, die Maßhaltigkeit der PV-Module mit den Fertigungsverfahren der Betonteile zu gewährleisten. Dies geschieht beispielsweise, indem eine Absenkung im Betonteil eingebracht wird, in die die Module perfekt hineinpassen.

So bleiben die gewünschte Ausrichtung gegenüber der Sonneneinstrahlung und die Gesamtgestaltung erhalten. »Die Maßhaltigkeit sollte direkt mit im Betonteil implementiert sein«, sagt Schindler. Auch muss sichergestellt werden, dass die PV-Module nicht dort verschraubt werden, wo der Beton besonders dünn ist oder aber Carbonfasern liegen, was die Belastbarkeit des Fassadenteils beeinträchtigen würde. Das Projekt ist mittlerweile erfolgreich abgeschlossen.

SOLARcon: Betonfassaden 2.0

Im Nachfolgeprojekt SOLARcon – ebenfalls gemeinsam mit der HTWK Leipzig und der TU Dresden sowie zwei Unternehmenspartnern, gestartet im November 2019 – etablieren die Fraunhofer-Experten nun marktreife Lösungen für die Integration von PV-Modulen in Fertigbetonteile. Hält die Befestigung der Solarzelle dauerhaft? Um diese Frage zu beantworten, unterwerfen die Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher sowohl die PV-Komponente als auch die Schnittstelle zum Beton entsprechenden Langzeittests.

Wie verhält sich die Schnittstelle bei verschiedenen Witterungsbedingungen? Was ergeben beschleunigte Alterungstests? Zusätzlich zu diesem experimentellen Ansatz stehen Simulationen auf der Agenda, genauer gesagt Finite-Elemente-Methoden.

Über diese können die Experten beispielsweise berechnen, wie sich Beton und Verbindungsstelle zum PV-Element bei hohen Temperaturen aufheizen oder welche Wind- und Drucklasten auf das Solarmodul wirken.

Weitere Informationen:

https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2020/maerz/sonnenstrom-f...

Michael Kraft | Fraunhofer Forschung Kompakt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Architektur statt Antibiotika
31.03.2020 | Technische Universität Braunschweig

nachricht Weltweit einzigartig: Neue Anlage zur Untersuchung von biogener Schwefelsäurekorrosion in Betrieb
27.03.2020 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wenn Ionen an ihrem Käfig rütteln

In vielen Bereichen spielen „Elektrolyte“ eine wichtige Rolle: Sie sind bei der Speicherung von Energie in unserem Körper wie auch in Batterien von großer Bedeutung. Um Energie freizusetzen, müssen sich Ionen – geladene Atome – in einer Flüssigkeit, wie bspw. Wasser, bewegen. Bisher war jedoch der präzise Mechanismus, wie genau sie sich durch die Atome und Moleküle der Elektrolyt-Flüssigkeit bewegen, weitgehend unverstanden. Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung haben nun gezeigt, dass der durch die Bewegung von Ionen bestimmte elektrische Widerstand einer Elektrolyt-Flüssigkeit sich auf mikroskopische Schwingungen dieser gelösten Ionen zurückführen lässt.

Kochsalz wird in der Chemie auch als Natriumchlorid bezeichnet. Löst man Kochsalz in Wasser lösen sich Natrium und Chlorid als positiv bzw. negativ geladene...

Im Focus: When ions rattle their cage

Electrolytes play a key role in many areas: They are crucial for the storage of energy in our body as well as in batteries. In order to release energy, ions - charged atoms - must move in a liquid such as water. Until now the precise mechanism by which they move through the atoms and molecules of the electrolyte has, however, remained largely unknown. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research have now shown that the electrical resistance of an electrolyte, which is determined by the motion of ions, can be traced back to microscopic vibrations of these dissolved ions.

In chemistry, common table salt is also known as sodium chloride. If this salt is dissolved in water, sodium and chloride atoms dissolve as positively or...

Im Focus: Den Regen für Hydrovoltaik nutzen

Wassertropfen, die auf Oberflächen fallen oder über sie gleiten, können Spuren elektrischer Ladung hinterlassen, so dass sich die Tropfen selbst aufladen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben dieses Phänomen, das uns auch in unserem Alltag begleitet, nun detailliert untersucht. Sie entwickelten eine Methode zur Quantifizierung der Ladungserzeugung und entwickelten zusätzlich ein theoretisches Modell zum besseren Verständnis. Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte der beobachtete Effekt eine Möglichkeit zur Energieerzeugung und ein wichtiger Baustein zum Verständnis der Reibungselektrizität sein.

Wassertropfen, die über nicht leitende Oberflächen gleiten, sind überall in unserem Leben zu finden: Vom Tropfen einer Kaffeemaschine über eine Dusche bis hin...

Im Focus: Harnessing the rain for hydrovoltaics

Drops of water falling on or sliding over surfaces may leave behind traces of electrical charge, causing the drops to charge themselves. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz have now begun a detailed investigation into this phenomenon that accompanies us in every-day life. They developed a method to quantify the charge generation and additionally created a theoretical model to aid understanding. According to the scientists, the observed effect could be a source of generated power and an important building block for understanding frictional electricity.

Water drops sliding over non-conducting surfaces can be found everywhere in our lives: From the dripping of a coffee machine, to a rinse in the shower, to an...

Im Focus: Quantenimaging: Unsichtbares sichtbar machen

Verschränkte Lichtteilchen lassen sich nutzen, um Bildgebungs- und Messverfahren zu verbessern. Ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena hat eine Quantenimaging-Lösung entwickelt, die in extremen Spektralbereichen und mit weniger Licht genaueste Einblicke in Gewebeproben ermöglichen kann.

Optische Analyseverfahren wie Mikroskopie und Spektroskopie sind in sichtbaren Wellenlängenbereichen schon äußerst effizient. Doch im Infrarot- oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium AWK’21 findet am 10. und 11. Juni 2021 statt

06.04.2020 | Veranstaltungen

Interdisziplinärer Austausch zum Design elektrochemischer Reaktoren

03.04.2020 | Veranstaltungen

13. »AKL – International Laser Technology Congress«: 4.–6. Mai 2022 in Aachen – Lasertechnik Live bereits früher!

02.04.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium AWK’21 findet am 10. und 11. Juni 2021 statt

06.04.2020 | Veranstaltungsnachrichten

Wenn Ionen an ihrem Käfig rütteln

06.04.2020 | Energie und Elektrotechnik

Virtueller Roboterschwarm auf dem Mars

06.04.2020 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics