Solaranlagen und Produkte der Vormonate:

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• Sicherung der regionalen Stromversorgung aus erneuerbaren Energiequellen durch Hubspeicherkraftwerke
• Solar-Kraftwerk "Lieberose": Leuchtturmprojekt für Klima- und Naturschutz
• Photovoltaik in Frankreich und Übersee
• Intersolar AWARD für Fortschritte bei der Regelung, Speichern und Kollektoren

Licht und Wärme per Knopfdruck: schalt- und regelbare Verglasungen zur dynamischen Anpassung von solarer Strahlungsenergie und Lichtfluss

Fenster sind eine wichtige Komponente des (solaren) Bauens: Indem sie die Sonnenstrahlung in den Raum lassen, senken sie den Heizwärmebedarf von Gebäuden und ermöglichen im Winter passiv-solare Energiegewinne. Außerdem bewirken sie eine ganzjährige natürliche Beleuchtung und reduzieren den Energieaufwand für elektrisches Licht. Die hohe Licht- und Energiedurchlässigkeit großer Fensterflächen bringt aber auch Nachteile mit sich: hohe Raumtemperaturen im Sommer machen oft eine aktive Klimatisierung erforderlich, zumindest aber einen wirksamen Sonnenschutz. Die Beschäftigten in Büros müssen zusätzlich vor unerwünschter Blendung geschützt werden. Dabei soll der psychologisch wichtige Blick nach draußen möglichst nicht eingeschränkt werden.

Schalt- und regelbare Verglasungen sollen in Zukunft diese, teilweise gegensätzlichen, Anforderungen besser bewältigen. Lösungen für den Einsatz in der Architektur werden seit Jahren entwickelt und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) gefördert. In Zusammenarbeit mit dem BINE Informationsdienst geben wir einen ersten Einblick in Anwendungsbereiche, Typen und Systeme der innovativen Technik. Dabei handelt es sich nicht um Komponenten für den Endverbraucher, wie bei dem "Produkt des Monats" üblich. Es sind vielmehr Labormuster oder Pilotprodukte, die zeigen, was Forschung und Entwicklung an Hochschulen, Instituten und in Unternehmen in Deutschland leisten.

Tageslicht und Energiebilanz

Besonders in Niedrigenergie-Bürogebäuden kann der Energiebedarf für Kühlung/Klimatisierung und Beleuchtung eine ähnliche Größenordnung erreichen wie der Heizwärmebedarf. Im Gegensatz zu Wohngebäuden und Passivhäusern, bei denen solare Energiegewinne in der Heizperiode erwünscht beziehungsweise unerlässlich sind, können solare Gewinne in Bürogebäuden nur geringfügig zu Heizzwecken genutzt werden. Der positive Anteil großer Glasflächen auf die Energiebilanz von Büro- und Verwaltungsgebäuden wird im Allgemeinen überschätzt. Weit bedeutender ist der Einfluss der verglasten Fläche auf den Kühlenergiebedarf. Das geforderte hohe Beleuchtungsniveau erweist sich ebenfalls als wichtiger Faktor. Mit einer konsequenten Tageslichtplanung kann der Bedarf an Kunstlicht - und damit der Strombedarf für die Beleuchtung - um über 50% gesenkt werden. Gleichzeitig sinken auch deren Wärmelasten, die ebenfalls mit elektrischer Energie abgeführt werden müssten.

Sonnenschutz contra Tageslichtnutzung

Große Glasfronten müssen über die Verglasungseigenschaften und zusätzliche Sonnenschutzmaßnahmen kontrolliert werden. Allerdings gehen hoch wirksame konventionelle Sonnenschutzgläser mit einem g-wert (Gesamtenergiedurchlassgrad) unter 20% deutlich zu Lasten der Tageslichtnutzung und es gibt praktisch keine solaren Wärmegewinne mehr. Auch die üblichen, außen liegenden Sonnenschutzsyteme (Lamellen) schränken das nutzbare Tageslicht und vor allem die Aussicht ein. Jalousien, Raffstores oder Markisen erlauben eine wirksame Regelung von Licht und Wärmeeintrag - ihre beweglichen Teile sind jedoch anfällig gegen Störungen, was mit erhöhtem Wartungsaufwand verbunden sein kann. Die Nachteile statischer und beweglicher Sonnenschutzsysteme sollen durch schaltbare Verglasungen mittel- oder langfristig wegfallen.

Bedarfsgerechte Regelung des Energie- und Lichteintrags - neue Möglichkeiten in der Architektur

Forschungseinrichtungen und Unternehmen arbeiten seit langem an den schaltbaren Verglasungen und untersuchen die Ergebnisse an Pilot- und Demonstrationsfassaden. Forschung und Entwicklung zeigen, dass diese Lösung in der Regel sowohl einen ausreichenden alleinigen Sonnenschutz für viele Anwendungsfälle garantiert als auch genügend Tageslicht für typische Büroräume durchlässt. Schaltbare Verglasungen bieten dem Architekten einen größeren gestalterischen Spielraum für verglaste Flächen, ohne bewegte Teile vor oder in der Fassade und ohne dass der Kühlenergiebedarf des Gebäudes steigt.

Bei schaltbaren Spiegeln auf Metallhydridbasis wird die Lichtdurchlässigkeit mit Hilfe von Wasserstoffgas erhöht. Elektrische Spannung klart die Schichten einer Licht streuenden Verglasung auf, welche auf Basis von Flüssigkristallen oder polarisierter Partikel hergestellt werden (Polymer-Dispersed Liquid Crystal bzw. Supended Particle Devices). Detaillierte Beschreibungen von Funktionsprinzipien, Wirkungen, Kennwerten, Einsatzmöglichkeiten und den Stand der Entwicklung bietet das 12-seitige, illustrierte BINE-Themen-Info I/02, erhältlich beim BINE Informationsdienst. Als Beispiel soll hier das Prinzip der elektrochromen Verglasung und dessen Weiterentwicklung in Form photoelektochromer Schichten in Kombination mit einer elektrochemischen Solarzelle skizziert werden.

Elektrochrome Verglasungen

Die optischen Eigenschaften elektrochromer Schichten lassen sich mit der Aufnahme oder Abgabe von Ladungsträgern verändern. Wenn Strom fließt, findet ein Austausch von Ladungsträgern (z.B. Lithium-Ionen) statt und die Schicht ändert ihre Durchlässigkeit für das Sonnenlicht. Metalloxide wie beispielsweise Wolframoxid zeigen solche Farbwechsel, es erreicht eine intensive Blaufärbung.

In elektrochromen Verglasungen befindet sich die aktive Schicht in einem Verbund, der von zwei mit transparenten Elektroden beschichteten Gläsern eingerahmt wird (Grafik unten links). Durch eine externe Stromversorgung werden bei Bedarf Ladungsträger in die Schicht transportiert, wobei ein Flüssig- oder Polymer-Elektrolyt den Stromfluss gewährleistet. Es gibt auch Systeme mit Festkörpern als Ionenleiter, die als Schichtverbund auf Glas aufgebracht sind. Derzeit können Scheiben bis zu einer Größe von 1,2 x 2 Metern realisiert werden. Die elektrische Steuerung erfolgt mit einem Gerät, dessen Leistungsaufnahme in der derzeitigen Entwicklungsstufe 2 Watt im Ruhezustand und 18 Watt während des Schaltvorgangs beträgt (pro Verglasungseinheit der genannten Größe). Der Energieeintrag lässt sich bedarfsgerecht regeln, denn das Steuergerät kann raumweise von Hand bedient oder auch mit der Gebäudeleittechnik verbunden werden. Ein elektrochromer Verbund kann auch in eine Wärmeschutzverglasung integriert werden.

Die Durchlässigkeit der Verglasung lässt sich stufenlos verändern, die Durchsicht bleibt dabei immer erhalten. Elektrochrome Verglasungen können in allen Fassadenbereichen eingesetzt werden - bei direktem Sonnenlicht gibt es allerdings keinen sicheren Blendschutz, eine mögliche Blendung wird nur stark reduziert. Die Anforderungen an den Sonnenschutz hingegen werden voll erfüllt. So reduziert eine geschaltete elektrochrome Verglasung mit einem Wärmedurchgangs oder U-Wert von 1,1 Watt /(m2 Kelvin) die sichtbare Transmission vom Faktor 0,50 auf den Faktor 0,15 bei einer g-Wert-Schaltung (Gesamtenergiedurchlass) von 0,36 auf 0,12.

Noch einen Schritt weiter geht es bei der photoelektrochronen Verglasung: hier werden ebenfalls die Wirkungsmechanismen einer elektrochromen Schicht und einer elektrochemischen Solarzelle kombiniert.