Solarfenster und PV-Lösungen fürs Fenster: Das gibt es bereits

 _{* (Quelle: MDR Wissen)}

• Chance: In den Fensterflächen von Gebäuden steckt großes Potenzial zur Gewinnung von Solarenergie.
• Herausforderung: Viele Entwickler:innen rund um den Globus tüfteln an transparenten Solarzellen für die Nutzung von Photovoltaik durch Fensterglas.
• Solarfenster kaufen kann man noch nicht, weder in Deutschland noch auf dem Weltmarkt.
• Solarbetriebene Fenster und Solar-Rollläden versorgen vor allem sich selbst mit Solarstrom, etwa zum Öffnen und Schließen oder für den Regensensor.
• Transparente Folien mit Photovoltaik für Fenster könnten in Zukunft auch dort Solarstrom erzeugen, wo dies bislang nicht möglich war: an Glasfassaden, in Oberlichtern auf Dächern oder an Dachfenstern.

Unter einem Solarfenster versteht man ein transparentes Fenster, das mittels Sonnenstrahlung Energie erzeugen kann. Ziel ist es, Energie von Solar-Fenstern für die Heizung, andere Bereiche des Gebäudeenergiebedarfs sowie für die Versorgung der urbanen Infrastruktur nutzbar zu machen. Photovoltaik fürs Fenster wäre die ideale Lösung, wenn auf dem Dach und an der Fassade wenig Fläche zur Solarstromerzeugung verfügbar ist, wie es bei vielen Hochhäusern der Fall ist. Solarfenster könnten hier Abhilfe schaffen, doch dazu müsste man Solarzellen für Solarglas transparent machen, damit diese die Sicht nicht beeinträchtigen.

Daran oder an alternativen Lösungen zur Gewinnung von Solarenergie in oder an  Fensterflächen arbeiten Forscher:innen in verschiedenen Ländern. Praktikabel, aber nicht sonderlich lichtdurchlässig sind in ein durchsichtiges Trägermaterial eingebettete Solarmodule.

Als praxistauglich haben sich folgende Techniken erwiesen:

• Zwischen zwei Glasscheiben liegt eine transparente Schicht, die Teile des Lichtspektrums absorbiert und zum Fensterrahmen umlenkt, in dem sich Solarzellen befinden.
• Eine aufs Glas aufgetragene hauchdünne Metallfolie, wie sie zur Beschichtung großer Fensterflächen gegen zu viel Sonnenstrahlung verwendet wird, filtert ultraviolette und infrarotnahe Wellenlängen aus dem Sonnenlicht und lenkt sie zu den Solarzellen im Rahmen.
• Ein fast transparenter Überzug mit eingebetteten Elektronen lässt sich zur Stromerzeugung auch auf Glas auftragen. Er verfälscht allerdings beim Durchblick die Farbe.
• Wenig lichtdurchlässig, aber effizient sind in transparente Trägermaterialien eingebettete Solarzellen.
• Nicht besonders effektiv sind Acrylstreifen mit Solarzellen, die zwischen zwei Glasscheiben eingebettet werden. Außerdem beeinträchtigen sie leicht den Durchblick, ähnlich wie die Lamellen einer geöffneten Jalousie.

Auch bei Fenstern in einem Solardach – Aufdachanlage oder Solardachziegel – wird von Solarfenstern gesprochen. Allerdings erzeugen dabei die Fenster selbst keinen Strom, sondern sind lediglich in die stromerzeugende Dachfläche eingebettet.

Trotz mehrerer Lösungsansätze steht die Effizienz der Fenster mit Photovoltaik derzeit noch in keinem guten Verhältnis zu den Kosten. Deswegen scheuen Fensterbauunternehmen auch vor der teuren Investition zurück, weil die Absatzchancen wegen zu hoher Preise momentan nicht groß wären. 

Bereits erhältliche Produkte:

Während aktuell noch keine Solarfenster auf dem Markt verfügbar sind, sind solarbetriebene Fenster bereits erhältlich. Sie sorgen allerdings überwiegend für die Energieversorgung der Fenstermechanismen selbst. Eine weitere Option, Fenster solar nutzbar zu machen, sind Solar-Rollläden. Bei ihnen befinden sich über dem Fenster Solar-Panels auf dem Rollladenkasten. In diesem speichert ein leistungsstarker Akku die Solarenergie, die den Rollladen mit Gleichstrom zum Öffnen und Schließen versorgt.

Echte Photovoltaik-Fenster würden eine Solaranlage in der Fensterscheibe darstellen. Für Solarglas sind Module nötig, die transparent sind, oder die Fenster müssen andere Techniken zur Nutzbarmachung der Sonnenenergie aufweisen. Dann können die Solarmodule im Fenster einen Teil des Gebäudeenergiebedarfs decken. Komplett transparent lassen sich Solarzellen nicht machen – zumal die Effizienz abnimmt, je transparenter das Material ist. Vielversprechend sind Techniken, um das Sonnenlicht oder einige seiner Bestandteile auf Solarzellen umzuleiten, etwa mit Farbstoffsolarzellen (Grätzel-Zellen), in denen molekulare Farbstoffe auf Lichtkontakt reagieren und Elektronen zu einem Verbraucher fließen lassen.

An der Uni Leipzig forscht Marius Grundmann, Professor für Festkörperphysik und Halbleiterphysik, an Solarfenstern. Das von seinem Team entwickelte transparente Trägermaterial kann ultraviolettes Licht absorbieren und in Strom umwandeln. Die Ausbeute ist allerdings in Relation zu den Kosten gering.

Bislang eignet sich noch keines der vorgestellten Solarfenster für die serielle Produktion, denn ohne Rahmen mit integrierter Technik, um den Strom nutzbar zu machen, funktioniert es nicht. 

Wir stellen Unternehmen mit den derzeit aussichtsreichsten Ansätzen für Fenster mit integrierter Photovoltaik vor.

Bislang gibt es keine deutschen Solarfenster-Hersteller. Der Fensterhersteller Velux bietet als einziges Unternehmen solarbetriebene Fenster an.

Hersteller: Velux

Technik: Im Fenster ist ein Solarmodul integriert, das Sonnenlicht in Gleichstrom (DC) umwandelt, der für Funktionen des Fensters genutzt wird. Ein Akku dient als Stromspeicher, damit die Funktionen auch genutzt werden können, wenn keine Sonne scheint.

Funktionen: Öffnen und Schließen der Fenster per Smartphone oder Funk-Wandschalter, integrierter Regenwächter mit Schließautomatik, Öffnen und Schließen von Rollläden und Jalousien.

Stärken:

• Da sich viele der oben genannten Funktionen vor allem bei Dachfenstern anbieten und dort neben dem besten Einfallswinkel auch die meiste Sonnenstrahlung vorherrscht, lohnt sich die Investition vor allem in diesem Bereich.
• Dank der um 180 Grad schwingbaren Flügel lassen sich die Solarfenster besonders einfach von beiden Seiten reinigen.
• Die gute Isolierung der Fenster sorgt für eine bessere Wärmeeffizienz des Gebäudes. Das spart im Winter Heizkosten und im Sommer einiges an Klimatisierung. 

Diese Solarfenster kosten derzeit noch doppelt oder dreimal so viel wie herkömmliche Dachfenster ohne Solar. Lohnt sich das? Tatsächlich amortisiert sich der Solarfenster-Preis erst nach 10–15 Jahren. Wer Fördermittel der KfW wie den Kredit 270 (Erneuerbare Energien) oder das Programm 430 (Energieeffizient sanieren – Investitionszuschuss) erhält, kann diese Zeit verkürzen.

Dachfenster Solar: Die besten Dachlösungen für Licht und Strom

Der Schutz vor zu viel Sonne in der warmen Jahreszeit wird infolge des Klimawandels immer wichtiger. Es bietet sich an, Vorrichtungen wie Rollläden oder Hitzeschutzrollos mittels Photovoltaik energieautark zu machen.

Eine einfache Methode, um Bestandsfenster in PV-Fenster zu verwandeln, wären Photovoltaik-Fensterfolien. Eine solche echte Solarfolie wäre allerdings erst mit der Entwicklung transparenter Solarzellen möglich. Es gibt allerdings bereits jetzt Produkte, die unter dem Namen Solarfolie erhältlich sind. Dabei handelt es sich jedoch nicht um durchsichtige und Strom erzeugende Solarfolien für Fenster. Sie eignen sich für:

• Fenster: Diese Solarfolien sind zwar durchsichtig und für die Anbringung an Fenstern gedacht, haben aber keine Solarzellen. Sie dienen lediglich dazu, Sonnenlicht zu reflektieren und so die Aufheizung der Innenräume zu vermindern.
• Autos: Flexible, mit Solarzellen versehene Folien auf Dach und Motorhaube von E-Autos können deren Reichweite um einiges erhöhen und bis zu 4.000 Kilometer zusätzlich im Jahr ermöglichen, ganz ohne Ladestrom. Derzeit arbeitet die Abteilung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE an der Marktreife.
• Wohnwagen: Mit Solarfolie auf dem Dach von Campern lässt sich der Betriebsstrom für Kühlschrank und andere elektrische Geräte im Wohnwagen erzeugen.
• Balkonkraftwerke: Nicht jede Balkonbrüstung eignet sich zur Anbringung der schweren und sperrigen Solarpanels. Die leichte und flexible Folie mit integrierten Solarmodulen zum Aufkleben macht Balkonkraftwerke auch dort möglich.
• Gebäudeintegrierte Photovoltaik: Wo Statik und Untergrund gegen die Installation von PV-Modulen sprechen, sind die leichten und biegsamen Folien ideal.

Balkonkraftwerke: Solarstrom leicht gemacht

BiPV – und plötzlich ist Photovoltaik ein elegantes Baumaterial

Organische Solarfolie

Das Dresdner Unternehmen Heliatek hat eine ultraleichte und flexible Solarfolie entwickelt, die sich für den Einsatz von PV auch dort eignet, wo starre Module nicht sicher angebracht werden können. Die auf ein Trägermaterial aufgedampfte organische Oligomerschicht soll laut Hersteller besonders umweltfreundlich und leicht recycelbar sein und gegenüber herkömmlichen Silizium-PV-Modulen einen deutlich verringerten CO2-Fußabdruck aufweisen – bei gleichzeitig besserer Energieeffizienz und schnellerer Amortisation. Das Produkt ist das erste vergleichbare Produkt weltweit mit IEC-61215-Zertifikat. Bislang gibt es jedoch nur teiltransparente Ausführungen. Die Installation darf nur durch Fachpersonal erfolgen.

Hersteller: Heliatek, Asca

Technik: Auf eine flexible Trägerschicht aufgedampfte organische Schicht mit Versiegelung und integriertem Anschlusskabel. Die Folie lässt sich biegen oder rollen, ohne ihre Eigenschaften zu verlieren.

Funktionen: Lösung für die Nachrüstung von Gebäuden zur Solarstromerzeugung mittels leichter und flexibler Module.

Stärken:

• Leicht und flexibel
• Keine statischen Probleme
• Hohe Effizienz und lange Lebensdauer
• Montage ohne Werkzeug oder Unterkonstruktion

Das enorme Potenzial von transparenten Solarzellen für Fenster befeuert Forschende in der ganzen Welt. Es gibt zwar schon marktreife Produkte, doch die Technik ist derzeit noch zu teuer. Photovoltaik in Dachfenstern wird sich einmal lohnen, da sie eine optimale Ausrichtung und Neigung mitbringen. Ebenfalls interessant werden Solar-Fenster mit Folie sein, die sich einfach aufkleben lässt.