Wissenschaftler der Universität für Wissenschaft und Technologie in Hongkong haben ein Fenster mit selektiver Sonnenausbeute entwickelt, das auf transparenter Photovoltaik und transparenten Solarabsorbern basiert. Die Solarabsorber werden eingesetzt, um ultraviolettes oder nahinfrarotes Licht in Wärmeenergie umzuwandeln. „Die gewonnene thermische Energie wird durch ventilierte Luft abgesaugt, um in kalten Jahreszeiten für die Beheizung der Innenräume zu sorgen oder in heißen Jahreszeiten die Kühllast in den Innenräumen zu verringern“, so das Forscherteam. „Wir haben gezeigt, dass das SSH-Fenster eine sichtbare Durchlässigkeit von 42 Prozent hat, einen Wirkungsgrad von 0,75 Prozent bei der Umwandlung von Solarstrom und einen Wirkungsgrad von 24 Prozent bei der Umwandlung von Solarthermie mit einem Temperaturanstieg der ventilierten Luft von 10 Grad Celsius.“
Die Forschungsgruppe verwendete einen lumineszierenden Solarkonzentrator auf der Basis von Quantenpunkten aus Kupfer-Indium-Sulfid und Zink-Sulfid auf der Außenseite. Dieser ist in der Lage, UV-Licht zu sammeln und es zur Stromerzeugung an nichttransparente Photovoltaik-Komponenten am Rand weiterzuleiten. Für die Herstellung der Innenseite des Fensters, wo Wärme erzeugt und gesammelt wird, wurden transparente Solarabsorber verwendet. „Die thermische Energie wird größtenteils von der ventilierten Luft innerhalb des Spalts für verschiedene Zwecke wie die Raumheizung in kalten Jahreszeiten genutzt“, so das Team.
Die Wissenschaftler haben einen Prototyp mit den Abmessungen 30 mal 30 mal 2,4 Zentimeter hergestellt. Sie behaupten, dass das Fenster eine beträchtliche sichtbare Durchlässigkeit aufwies und in der Lage war, bei Strom eine Leistung von 6 Watt pro Quadratmeter und bei Wärme eine Leistung von etwa 150 Watt pro Quadratmeter zu erreichen.
„Die thermische Leistung beträgt das 25-fache der elektrischen Leistung, was darauf hindeutet, dass die Gewinnung von Wärmeenergie für gebäudeintegrierte Fenster von größter Bedeutung ist“, so die Forscher. „Bei der Gewinnung von Wärmeenergie durch Belüftung wurde der effektive Gesamtwirkungsgrad auf über 30 Prozent bei typischen Betriebsbedingungen für Raumheizungsanwendungen in Gebäuden geschätzt. „Das Fenster kann den jährlichen Energieverbrauch für Heizung, Lüftung und Klimatisierung im Vergleich zu normalem Glas um bis zu 61,5 Prozent senken, zusätzlich zu der erzeugten Elektrizität, die bis zu 19,1 Prozent der jährlichen Energieeinsparung ausmacht“, so die Forscher. Sie haben ihre Ergebnisse in der Veröffentlichung „Selective Solar Harvesting Windows for Full-Spectrum Utilization“ in Advanced Science vorgestellt.
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Selektive Absorption von Infrarot und UV klingt natürlich sehr wissenschaftlich. Da glaubt man natürlich auch gerne, das 61,5% (vor allem das halbe % hinten ist entscheidend) der Heizenergie eingespart werden können, und 19,1% (warum das Zehntel % jetzt so wichtig sein soll?) des Stroms.
Ganz unwissenschaftlich würde ich auf den ersten Blick sagen: Einfacher gewinnt man die Wärme, wenn man das Licht durch die Fensterscheibe in den Raum dahinter fallen lässt. Dort wird es, ggf. nach einigen Reflexionen, fast zu 100% in Wärme umgewandelt. Wenn man mit 6W/qm 19% seines Stromverbrauchs decken will (typisch: 400W), braucht man schon sehr große Fenster. Oder man hat einen untypisch niedrigen Stromverbrauch. Der wird vorsichtshalber nicht erwähnt. Prozentwerte mit einer Präzission bis zur ersten Kommastelle könnten sonst doch als etwas grob geschätzt offenbar werden.
Auf den ersten Blick durchaus eine beeindruckende Idee, auf den zweiten erscheint die Trennung der Funktionen Fenster (Licht+Wärme, bei gleichzeitig ausreichender Wärmedämmung) und Stromproduktion erfolgversprechender. Eine Südfassade sollte nicht mehr als 25% Fensterflächen haben, auf den restlichen 75% lässt sich dann ohne Probleme ein Vielfaches des Stroms produzieren, das so ein Mini-Wirkungsgrad-Fenster liefern würde.
Ich teile die Skepsis in vollem Umfang.
Aber da steht nichts von 19,1% des Stromverbrauchs, sondern noch viel kryptischer:
„Das Fenster kann den jährlichen Energieverbrauch für Heizung, Lüftung und Klimatisierung im Vergleich zu normalem Glas um bis zu 61,5 Prozent senken, zusätzlich zu der erzeugten Elektrizität, die bis zu 19,1 Prozent der jährlichen Energieeinsparung ausmacht“
Also, wenn wir mal das von Internetanbietern bekannte „bis zu“ ausklammern und die Werte runden, werden Kosten gespart, wovon 80% Heizkosten sind und 20% Kosten für Elektroenergie, und die 80% thermischer Gewinn plus Lüftungseffekte entsprechen 60% der dafür bisher aufgewandten Kosten. Man müßte also diese Kosten kennen, um daraus die erzeugte Elektroenergie zu ermitteln.
Das ist aber müßig; wie schon richtig beschrieben, sind 6 W/m² nicht der Rede wert: eine Fensterfläche, raumhoch und 4m breit bringt demnach ganze 60W – bei optimaler, unverschatteter Einstrahlung. Das ist ökonomisch eine glatte Fehlinvestition.
Ein „Balkonmodul“ könnte den Ertrag von 20m raumhoher Fensterfront ersetzen.
Haken dran und fertig.
Das Konzept scheint mir weniger auf die Gewinnung als das Management von Waerme aus Solar zu bieten. Wenn die Waerme im Fenster bereitgestellt wird, dann besteht di Option die Waerme nach innen oder nach aussen abzufuehren. Im Sommer sollte Letzteres sher vorteilhaft sein, ohne die verfuegbare Waerme im Winter zu opfern. Problem derzeitiger Low-E Glaeser ist der geringe Gewinn. Im Sommer ist das vorteilhaft, in der Uebergangszeit und im Winter eher nicht. Allerdings sind Low-E Glaeser meist trotzdem vorteilhaft, da sie generell besser isolieren. Ein Glas, bei dem ich bestimmen kann, ob die Waerme nach innen oder aussen geht, klingt sehr verlockend.