Bewegliche Solarfassade sorgt für Energieüberschuss

Eine Forschergruppe um Arno Schlüter, Professor für Architektur und Gebäudesysteme an der ETH Zürich, hat ein neuartiges Solarfassadensystem entwickelt. Das besteht aus einem leichten Seilnetz, an dem in Reihen angeordnet Photovoltaikelemente befestigt sind. Diese werden einzeln angesteuert und von einem weichen pneumatischen Element – einem Aktuator – vertikal und horizontal bewegt. Auf diese Weise können sie sich perfekt nach konkreten Vorgaben ausrichten.

Stromerzeugung übersteigt den Verbrauch 

Gleichzeitig spenden die Solarelemente Schatten für die Räume vor deren Fenstern sie angebracht sind. Durch ihre Beweglichkeit können die Nutzer der Gebäude über das Photovoltaiksystem den Lichteintrag in die Räume regulieren. Ein lernfähiger Algorithmus steuert dabei die Bewegungen der Paneele so, dass die Stromgewinnung und die Einsparungen bei Heizung und Kühlung zusammen einen möglichst geringen Gesamtenergiebedarf ergeben. Dabei berücksichtigt der Algorithmus auch, wie der Raum gerade genutzt wird und optimiert das Klima entsprechend. Durch diese Regulierung des Energiehaushalts der Räume kann die Fassade mehr Energie produzieren als im Gebäude verbraucht wird. 

Das haben Messungen von Prototypen ergeben, die die Forscher am Campus Hönggerberg der ETH aufgebaut haben. Sie haben dort nicht nur die Wettertauglichkeit ihrer Konstruktion getestet. Sie wollten außerdem wissen, wie viel mehr Strom die beweglichen Solarelemente im Vergleich zu einer statischen Solarfassade erzeugen. Das Resultat der Messungen kann sich sehen lassen: Die beweglichen Solarpaneele erzeugten an einem klaren Sommertag rund 50 Prozent mehr Energie als statische Fassadenmodule.

Widerspruch auflösen 

Anhand von Simulationen haben sie danach ausgerechnet, wie viel Energie bei der Nutzung der Räume durch die Solarfassadenkonstruktion eingespart werden kann. Sie haben das für Kairo, Helsinki und Zürich simuliert. „Je variabler die Rahmenbedingungen, desto größer sind die Vorteile der adaptiven Fassade”, fasst Arno Schlüter die Ergebnisse zusammen. Diese zeigen, dass sich in Büros mit der Fassade mehr Energie einsparen lässt als in Wohnräumen. Am effektivsten ist die Solarfassade in gemäßigten Klimazonen wie in Mitteleuropa. „Wir möchten den Widerspruch zwischen Komfort und Energieeffizienz bei Gebäuden auflösen”, betont Arno Schlüter. „Grundsätzlich wäre der energieeffizienteste Raum theoretisch einer ohne Fenster. Es freut uns deshalb zu zeigen, dass wir mit einer intelligenten Schnittstelle zwischen dem Innen- und Außenraum ein ideales Raumklima und zugleich sogar einen Energieüberschuss produzieren können.”