Wenn Fenster plötzlich Grünstrom produzieren

Es klingt wie Science-Fiction, ist aber tatsächlich längst möglich: Mit Fenstern lässt sich sauberer Strom und gleichzeitig auch Wärmeenergie produzieren. Möglich machen das die neuen Solarfenster eines Forscherteams aus Hongkong.
Solarfenster

Solarenergie lässt sich heutzutage längst nicht mehr nur durch Anlagen in Solarparks oder auf Hausdächern generieren. In den letzten Jahren wurden immer mehr Möglichkeiten für die Produktion erneuerbarer Energien erforscht. Gehwege entpuppen sich dank hochmoderner horizontaler Solarmodule zu kleinen Kraftwerken, Lärmschutzwände erweisen sich als optimaler Standort für zukunftsweisende Naturstromerzeuger, und in ganz Europa entstehen Solaranlagen auf dem Wasser. Immer häufiger wird auch über die sogenannte „gebäudeintegrierte Photovoltaik“ – kurz GIPV – nachgedacht. Sprich: Solarmodule, die nahtlos in Gebäudehüllen integriert werden.

Die GIPV bietet laut Expert:innen vor allem im urbanen Raum ein enormes Potenzial. Im Gegensatz zum Land sind dort Flächen zur nachhaltigen Stromproduktion rar. Es fehlt der Platz für Solarparks, und viele Dächer sind durch Aufbauten verschattet, sodass nicht genügend Sonnenenergie getankt werden kann. Stromerzeugende Fassaden oder auch Fenster könnten dieses Problem lösen. Schließlich belegen sie enorme Flächen, die ohnehin gestaltet werden müssen. Warum sollte man diese also nicht als Energielieferanten nutzen? Dachten sich wohl auch Wissenschafter:innen der Universität für Wissenschaft und Technologie in Hongkong und entwickelten ein Solarfenster, das auf der Außenseite über transparente Photovoltaik  elektrische Energie und auf der Innenseite über durchsichtige Solarabsorber Wärmeenergie erzeugen kann.

Großes Potenzial vorhanden

Große Solarfenster könnten demnach Solarenergie erzeugen, um beispielsweise komplette Hausfassaden zur Energiegewinnung nutzen zu können, so die Idee. Fest steht: Mit herkömmlichen schwarzen oder blauen Solarmodulen geht das natürlich nicht. Es braucht transparente Solarmodule – damit das Licht weiter ins Innere der Gebäude fällt. Das Forscher:innenteam in Hongkong hat nun ein Fenster mit selektiver Sonnenausbeute entwickelt, das genau auf dieser transparenten Photovoltaik und gleichzeitig auch auf Solarabsorbern basiert. Sprich: Trotz der integrierten Elemente zur Gewinnung von Strom und Wärme kann man durch das Glas noch hindurchsehen.

Für die Gewinnung von Sonnenenergie verwenden die Forscher:innen einen lumineszierenden Solarkonzentrator aus Kupfer-Indium-Sulfid und Zink-Sulfid, der sich auf der Außenseite des Fensters befindet. Dieser Konzentrator sammelt UV-Licht und leitet es zur Stromerzeugung an nichttransparente Photovoltaik-Komponenten am Rand weiter. An der Innenseite des Fensters wird wiederum Wärme erzeugt und gesammelt; möglich machen das transparente Solarabsorber. Diese werden eingesetzt, um ultraviolettes oder nahinfrarotes Licht in Wärmeenergie umzuwandeln. „Die gewonnene thermische Energie wird durch ventilierte Luft abgesaugt, um in kalten Jahreszeiten für die Beheizung der Innenräume zu sorgen oder in heißen Jahreszeiten die Kühllast in den Innenräumen zu verringern“, so das Forscher:innenteam.

Lichtdurchlässigkeit gewährleistet

Der erste Prototyp wurde bereits hergestellt und ist 30 mal 30 Zentimeter groß und 2,4 Zentimeter dick. Laut Angaben des Teams weist das Fenster eine beträchtliche Durchlässigkeit auf und ist in der Lage, im Hinblick auf Strom eine Leistung von 6 Watt pro Quadratmeter und im Hinblick auf Wärme eine Leistung von etwa 150 Watt pro Quadratmeter zu erreichen. „Wir haben gezeigt, dass das SSH-Fenster eine sichtbare Durchlässigkeit von 42 Prozent hat, einen Wirkungsgrad von 0,75 Prozent bei der Umwandlung von Solarstrom und einen Wirkungsgrad von 24 Prozent bei der Umwandlung von Solarthermie mit einem Temperaturanstieg der ventilierten Luft von 10 Grad Celsius“, bringen es die Wissenschafter:innen auf den Punkt.

Mit der neuesten Entwicklung kann aber nicht nur Sonnenergie und Wärme erzeugt, sondern auch Geld gespart werden. Denn: „Das Fenster kann den jährlichen Energieverbrauch für Heizung, Lüftung und Klimatisierung im Vergleich zu normalem Glas um bis zu 61,5 Prozent senken, zusätzlich zu der erzeugten Elektrizität, die bis zu 19,1 Prozent der jährlichen Energieeinsparung ausmacht“, so die Forscher:innen. Klingt doch nach einer optimalen Lösung für die kommende Heizsaison.

✅ TEXT: Sandra Rainer
✅ FOTOS: UNSPLASH/Kristijan Arsov
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