Solarthermie: Streifenkollektoren an der Hausfassade
Die unter dem Projektnamen ArKol ("Architektonisch hoch integrierte Fassaden-Kollektoren") neuentwickelten Streifenkollektoren für Fassaden bieten gegenüber der bekannteren solaren Nutzung von Dachflächen eine Reihe von Vorteilen. So passt beispielsweise das Einstrahlungsprofil bei Heizungsunterstützung der Innenräume besser zum tatsächlichen Energieverbrauch.
Dies ist vor allem im Winter der Fall, wenn die Sonne niedriger steht und die Fassade dadurch in einem günstigeren Winkel angestrahlt wird als das Dach. Die Folge: Es kann mehr Sonnenlicht eingefangen und der Ertrag für den höheren Heizbedarf genutzt werden.
Im Sommer wiederum ist der Bedarf an Wärme deutlich verringert und beschränkt sich im Wesentlichen auf die Trinkwarmwassererwärmung. Der durch Kollektoren auf dem Dach erzeugte überschüssige Ertrag könnte nicht abgerufen werden, sodass sich die Kollektoren stark aufheizen und sich so eine starke Belastung des Materials und des Solarfluids ergibt.
Demgegenüber unterliegen Fassadenkollektoren im Sommer durch die geringere Sonneneinstrahlung an der Wand einer geringeren Materialbelastung als auf dem Dach, was eine längere Lebensdauer ermöglicht.
Fassaden bieten mehr Fläche als Dächer
Ein weiterer, wichtiger Punkt bezieht sich auf die bauliche Situation vor allem im urbanen Raum. Hier steht an Fassaden von hohen Gebäuden vielerorts wesentlich mehr Fläche zur Verfügung als auf den Dächern – die überdies oft auch noch für die Überfahrt von Fahrstuhlschächten und weitere technische Aufbauten benötigt werden. Somit ist das Flächenpotenzial für die Wärmegewinnung um ein Vielfaches höher als bei Dachkollektoren.
Auch hinsichtlich der Energieeinsparverordnung (EnEV) sind Fassadenkollektoren für Planer, Architekten und Bauherren interessant, z.B. für Mehrfamilienhäuser: Da sich bei Gebäuden die Erträge regenerativer Energien mit der Primärenergiebilanz verrechnen lassen, ermöglichen diese Kollektoren den Einsatz geringerer Dämmstoffstärken bei der Wärmedämmung für gleichwertige Dämmungseffekte (sogenannte „U-Werte“).
Außerdem entfällt der oftmals nicht gewollte „Schießscharteneffekt“ durch den Einsatz voluminöser Dämmmaterialien. Das ist jedoch nicht der einzige gestalterische Mehrwert.
Vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten
Das Neue am Konzept des Streifenkollektors sind die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten gepaart mit einer vereinfachten Hydraulikplanung und Montage. Im Gegensatz zu bisherigen Kollektoren nämlich bieten diese vergleichsweise leicht montierbaren Streifenkollektoren eine hohe Flexibilität hinsichtlich Größe, Farbe, Abstand, Anzahl und Ausrichtung an der Fassade.
Darüber hinaus kann der Bereich zwischen den einzelnen Kollektoren problemlos zur architektonischen Gestaltung der Fassade mit verschiedenen Materialien genutzt werden. Somit erschließt sich bei der Nutzung der Fassade eine komplette weitere Dimension: Neben Wetterschutz und „Gesicht“ eines Gebäudes kommt nun noch die Energiegewinnung hinzu.
Flexible Handhabung ohne hydraulische Anschlüsse
Doch wie funktioniert das Ganze eigentlich genau? Am Demonstrationsobjekt in Ober-Ramstadt wurden die von Firma Wagner Solar gefertigten Streifenkollektoren an einer Unterkonstruktion einer vorgehängten hinterlüfteten Fassade (VHF) befestigt. Ganz ohne komplizierte Hydraulik und mit vielen Möglichkeiten der Anordnung.
Eine geeignete Unterkonstruktion lässt sich sowohl an Neubauten wie etwa auch problemlos im Rahmen einer Sanierung installieren, und vor allem auch mit Wärmedämm-Verbundsystem-Fassaden kombinieren. Die schlanken, streifenförmigen Kollektoren selbst werden anschließend „trocken“ mit einem Sammelkanal, der gleichzeitig als Montageschiene fungiert, verbunden.
Die gewonnene Wärme innerhalb des Kollektors wird dabei über Wärmerohre (sogenannte „Heatpipes“) zur Seite transportiert und über die verschraubte Anschlussstelle an den Sammelkanal übertragen. Da die einzelnen Kollektoren somit keinen hydraulischen Anschluss benötigen, erklärt sich ihre einfache und flexible Handhabung.
Lösung bietet viel Raum für architektonische Gestaltung
Ein wichtiger Aspekt in diesem Zusammenhang: Diese Plug & Play-Lösung spart zudem Bauzeit durch geringeren Abstimmungsbedarf der betroffenen Gewerke während der Ausführung. Dadurch ist es auch Fassadenbauern möglich, solche „haustechnischen“ Systeme in der Fassade umzusetzen. Wie übliche Solarkollektoren weisen auch die Streifenkollektoren eine Wärmedämmung sowie Frontverglasung auf und nutzen spektralselektiv beschichtete Absorber, sodass viel Solarstrahlung gewonnen wird und die Wärmeverluste gering gehalten werden.
Fazit: Neben den positiven Auswirkungen auf die Umwelt durch die Nutzung erneuerbarer Energie ohne CO2- Ausstoß bietet dieses System ein hohes Maß an architektonischem Gestaltungsspielraum für Fassaden. Dazu kommt der Image-Gewinn für Planer, Bauherren, Architekten und ausführenden Unternehmen durch die Verwendung zukunftsorientierter, innovativer Konzepte auf dem neuesten Stand der Technik.
Aktuell finden ergänzend dazu bereits weitere Forschungen mit dem Ziel der energetischen Fassadennutzung statt. Hier zu nennen ist vor allem die Gewinnung von erneuerbaren Energien durch die Modulfassade. Soll die Energiewende gelingen, lohnt es sich also in vielerlei Hinsicht, dieses Projekt im Auge zu behalten. Das Forschungsprojekt steht unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE. Kooperationspartner sind:
- DAW SE,
- Priedemann Facade-Lab,
- Borderstep-Institut für Innovation und Nachhaltigkeit,
- Kompetenzzentrum Ausbau und Fassade sowie
- Institut für Baukonstruktion Lehrstuhl 2 (IBK2) der Universität Stuttgart.
Gefördert wird das Vorhaben durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.
