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Werden unsere Gebäude bald selbst Strom erzeugen?

Photovoltaikanlagen sind aus der Energieversorgung nicht mehr wegzudenken. Sie „zieren“ vor allem viele Dachflächen, die sich aber für die zukünftige Herausforderung des wachsenden Energiebedarfs nicht beliebig erweitern lassen. In der Konsequenz soll der nächste Schritt gegangen werden: Fenster und Fassaden, die Beiträge zur Stromproduktion leisten.

Fenster liefern Energie

Mit Caesium-Perowskit können Scheiben ihre Farbe ändern. Mit einem hauchdünnen, unsichtbaren Film dieses Materials wird Glas zu einem Solarfenster. Ein Wissenschaftler-Team um Jia Lin an der Universität Kalifornien in Berkeley hat sich mit der Entwicklung des photovoltaisch aktiven Fensters beschäftigt. Schon seit Längerem gibt es Scheiben, die mithilfe elektrischer Spannung abgedunkelt werden können. Diese Funktion lässt sich aber dahin gehend erweitern, dass die Scheibe in ihrem verdunkelten Zustand sogar selbst Strom erzeugt.

Zur Verdunkelung eines Fensters wird ein Phasenwandler mit Perowskit-Schichten verwendet. Das intelligente Solarfenster kann zwischen den zwei Zuständen „durchsichtig“ und „eingefärbt – photovoltaisch aktiv“ hin und her geschaltet werden. Beim Prototyp wurde der Glasträger mit einer 200 Nanometer starken Caesium-Perowskit Schicht belegt. Eine zusätzliche Indium-Zinnoxid-Schicht schirmt das Ganze vor Luft und Feuchtigkeit ab. Im Testbetrieb konnte ermittelt werden, dass das Solarfenster (bei Raumtemperatur) circa 80 Prozent des sichtbaren Spektrums durchlässt. Bei Erwärmung verfärbt sich die Scheibe orange-rot und fungiert zugleich mit einem Wirkungsgrad um sieben Prozent als Solarzelle.

In der Perowskit-Schicht findet ein Phasenwechsel statt

Jetzt zu günstige Stromanbieter wechselnNormalerweise haben diese Kristalle eine kubische Struktur. In diesem Zustand ist die Perowskit-Schicht durchsichtig. Bei Erwärmung durchlaufen die Kristalle einen Phasenwechsel, wodurch ungefähr 67 Prozent des Lichts absorbiert werden und die Schicht insgesamt photovoltaisch aktiv wird. Bei Raumtemperatur oder zunehmender Feuchtigkeit bildet sich der Phasenwechsel zurück. Durch diese Experimente konnte weiter nachgewiesen werden, dass der Phasenwechsel beliebig oft durchlaufen werden kann, ohne dass dadurch eine Verringerung des Wirkungsgrades ausgelöst wird.

Bis zur Marktreife derartiger Fenster müssen die Wissenschaftler noch einen Weg finden, wie die für den Phasenwechsel erforderliche Temperatur von derzeit mindestens 105 Grad Celsius reduziert werden kann. Auch ist im Moment die Stabilität der Perowskit-Schichten noch nicht befriedigend. Durch geschickte Kombination verschiedener Perowskit-Materialien hofft man nun, die letzten Probleme bald lösen zu können.

Stromerzeugende Fassadenfarben

Solarzellen auf dem Dach haben immer eine ziemlich große Investition bedeutet und haben daher nicht jeden Hausbesitzer wirklich motiviert. Eine noch bessere Lösung musste also gesucht werden. So haben bereits im Jahre 2011 Wissenschaftler der „University of Notre Dame“ im US-Bundesstaat Indiana eine Strom generierende Farbe entwickelt. Sie enthält Nanoteilchen aus Titanoxid, die, jedes für sich, wie ein Halbleiter funktionieren. Dies wurde durch ihre Beschichtung mit Cadmiumsulfid oder Cadmiumselenid möglich. Mit einem Alkohol und Wasser vermischt, ergibt sich eine relativ zähflüssige Paste.

Aufgetragen auf einem durchsichtigen, aber leitfähigen Material wandelt diese Farbpaste Licht in elektrische Energie um, allerdings mit einem sehr geringen Wirkungsgrad von nur einem Prozent. Moderne Silizium-Solarzellen erreichen immerhin bis zu 15 Prozent. Dennoch war der Anfang für die „Stromfarbe“ dadurch gemacht und viele Wissenschaftler begannen, sich darüber Gedanken zu machen, wie der Wirkungsgrad solcher Farben verbessert werden kann. Jetzt scheint der Zeitpunkt gekommen, an dem unsere Häuser einen ganz neuen Energie-Anstrich kriegen können.

Britischen Ingenieuren ist es gelungen, stromleitende Farben durch Zugabe von Graphit oder Silber herzustellen. Diese wundersamen Fassadenfarben können sowohl Solarstrom erzeugen als auch Energie speichern. Die bundesweit tätige Fachbetriebskette für dezentrale Energiesysteme „Enerix“ bringt nun solche innovativen Farben auf den Markt. Wenn eines Tages alle Häuserfassaden zur Stromerzeugung herangezogen werden können, ist die Energiewende wohl mehr als geschafft.

Theoretisch reicht die Fassadenfläche eines Einfamilienhauses tatsächlich aus, um den Energiehunger einer vierköpfigen Familie zu stillen. Es muss aber schon ein zertifizierter Fach-Handwerker sein, denn die beiden dafür erforderlichen Farbkomponenten müssen unbedingt strikt getrennt voneinander bearbeitet werden, da die Gefahr eines energiereichen Kurzschlusses besteht. Neben Häuserfassaden sollen diese brisanten Farben bald auch unsere Straßen und Gehwege zieren.

Die ersten wegweisenden Aufträge sind auch schon eingegangen. Kein Geringerer als die Bundesregierung höchstselbst will Zeichen setzen. Daher soll bereits in diesem Jahr der Reichstag seinen neuen Anstrich bekommen. Später sollen weitere öffentliche Gebäude folgen. Auch die Franzosen möchten diesen Zug nicht verpassen. Sie wollen dem Eiffelturm einen neuen Anstrich geben, um so dessen ganz und gar autarke Beleuchtung zu realisieren.

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