Wie Betonfassaden zu stromproduzierenden Sonnenkollektoren werden
Die Forschungsplattform BAU KUNST ERFINDEN entwickelt in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie und vier Industriepartnern Fassadenelemente, die in der Lage sind, Solarmodule unterschiedlichster Art und Generationen, auch zukünftiger, noch nicht bekannter Generationen, aufzunehmen.

Die Sonne ist bereits heute eine wichtige Energiequelle und die Photovoltaik wird in Zukunft eine der wichtigsten Energieversorgungstechnologien werden.

Gebäude spielen hierin eine wichtige Rolle. Sie agieren zunehmend mit dem Energiesystem und haben das Potential, zu dezentralen Kraftwerken zu werden. Das heute in der bauwerkintegrierten Photovoltaik (BIPV) dominierende Material ist die Silizium-Solarzelle. Bekannt sind hier zu PV- Modulen verschaltete Paneele, die sich weitgehend als Aufdach-Solarstromanlage etabliert haben.

Solche Anlagen benötigen Platz, der in Ballungszentren nur begrenzt zur Verfügung steht. Da Gebäude und Gestaltung der PV-Module oft nicht aufeinander abgestimmt sind, entsteht eine additive Ästhetik, die keine gestalterische Einheit mit dem Gebäude erlaubt.

Die BIPV bietet großes Potential, in Ballungsgebieten verbrauchsnah signifikante Mengen erneuerbarer Energie bereit zu stellen. Dies wird allein über herkömmliche PV-Anlagen auf Dächern aufgrund der ungünstigen Relation von Gebäudeenergiebedarf und der zur Verfügung stehenden Dachflächen nicht umzusetzen sein.

Fassaden bieten demgegenüber enorme Flächen zur potenziellen Energieerzeugung. Sie sind für dezentrale PV-Stromerzeugung in Siedlungs- und Ballungsgebieten geeignet.

Im Forschungsprojekt SolarChip wurde ein Infrastruktur-Systems zur Integration von PV-Modulen entwickelt, um die die kurzen Entwicklungszyklen in der Photovoltaik mit den langen Entwicklungszyklen im Bauwesen sinnvoll zu synchronisieren, um so das große Potential von BIPV weiter zu erschließen.

Die Solarspline besteht aus 294 organischen Photovoltaikmodulen, integriert in eine Ultraleichtbaukonstruktion. Diese Solarwolke wird von einer räumlichen Seilstruktur getragen. Die aufgespannte Form eines  ́Splines ́ ist zugleich raumbildendes Element und Tragstruktur.

70 Meter zweier, weißer Tragseile werden von dünnen, dunklen Seilen scheinbar schwebend in der Luft gehalten. Zwischen diesen Hauptseilen ist eine  ́Solarwolke ́ in Form von Seilnetzträgern gespannt. Diese Träger bestehen aus dünnen Aluminiumrohren, die gleichzeitig der Kabelführung dienen, einer transparenten, tiefgezogenen Trägerfläche, für die OPV-Module, sowie einer Reflektorfläche, die auf der Unterseite der Rohre montiert ist.

Die Reflektion erhöht potentiell die Energieausbeute der OPV-Zellen. Zudem steht mehr indirektes Licht unter der überdachten Fläche zur Verfügung.

Je acht der organischen Photovoltaikmodule treiben einen kleinen, auf den ersten Blick kaum sichtbaren Lüfter an. Je mehr Sonne, desto schneller und gleichzeitig auch lauter wird dieser  ́Lüfterschwarm ́ und rückt so in die Schwelle der Wahrnehmung – eine spielerische Darstellung zur Erfahrbarkeit des augenblicklichen Energieertrags.

Die verwendeten Module haben einen Wirkungsgrad von ca. 40 – 60 W/m2 bei einer Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich von ca. 25%.

Das Gesamtgewicht der Solarwolke beträgt weniger als 120 kg.

Die Seilnetzkonstruktion ist zwischen zehn Ankerpunkten aufgespannt und erfordert nur einen minimalen Eingriff in die Bestandssituation (vier Erdanker).

Die Systemkomponenten wurden innerhalb einer digitalen Produktionskette vorfabriziert und danach anhand von Montagelisten zusammengesetzt und parallel am 3D-Modell verifiziert. In einem digitalen, assoziativen Geometriemodell wurden Solare Analyse (Ladybug), Physische Relaxation (Karamba3D) und Parametrische Modellierung (Gras- shopper) verknüpft.

Alle wesentlichen Informationen des Entwurfs, für Kommunikation, Visualisierung, CNC-Produktion und Montage werden direkt daraus abgeleitet. Systemkomponenten und Montage sind, dem prototypischen, experimentellen Charakter der Solarstruktur entsprechend, temporär angelegt.

Die Struktur kann aber durch geringere konstruktive Eingriffe sowie Varianten in der Materialwahl auf Dauer angelegt werden.