Fraunhofer CSP will Häuserwände dank C³-Beton zu Sonnenkraftwerken machen

(15.12.2016; überarbeitet/ergänzt am 19.4.2017) Bauwerke werden sicherer, können umweltschonender errichtet sowie betrieben werden und lassen sich in völlig neuen Formen gestalten - das ist das Ziel von C³, dem wohl größten Bauforschungsprojekt Deutschlands. Der Schlüssel dazu soll Karbonbeton / Carbonbeton werden. Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle, einer der C³-Projektpartner, will den Beton nutzen, um Sonnenstrom zu gewinnen.

Eine Fassade in Facetten-Optik macht einen deutlich höheren Stromertrag möglich. Dafür sind kleine und flexible Solarmodule gefragt. (Foto © A. Heller, ai:L der HTWK Leipzig)

Zur Erinnerung: Im Projekt C³ (Carbon Concrete Composite) sind mehr als 150 Partner aus Wissenschaft, Wirtschaft, Verbänden und Vereinen engagiert, um den Einsatz von Karbonbeton voranzutreiben. Statt, wie bei der bisher üblichen Bauweise, Stahl mit Beton zu umhüllen, sollen künftig Karbonfaserkonstrukte mit Beton umhüllt werden - siehe Meldung „Carbonbeton C³ verspricht schlanke, korrosionsbeständige, nachhaltige Konstruktionen“ vom 10.11.2015. Für ihre Idee ist das C³-Konsortium 2014 mit dem Deutschen Rohstoffeffizienz Preis sowie mit dem Nachhaltigkeitspreis ausgezeichnet worden - siehe „Deutscher Nachhaltigkeitspreis u.a. für C³“ vom 29.11.2015.

Am Fraunhofer CSP wollen die Forscher die vorteilhaften Eigenschaften von C³ nutzen, um Photovoltaik in den Betonkonstruktionen zu integrieren. „Wir gehen der Frage nach, ob sich Solarzellen auf den Fassadenelementen aus Karbonbeton aufbringen lassen, wie man sie elektrisch verschalten kann und wie sie am besten gestaltet sein sollten, um einen optimalen Stromertrag zu erreichen“, umschreibt Prof. Jens Schneider, Leiter der Gruppe Modultechnologie am Fraunhofer CSP, die Idee. Die Ergebnisse des Teilprojekts C³PV, an dem auch das Institut für Baustoffe (IfB) der TU Dresden, das Architektur-Institut Leipzig (ai:L) der HTWK Leipzig, die SGB Steuerungstechnik GmbH und die Solar Valley GmbH gehören, wurden im November in Leipzig vorgestellt.

Drei mögliche Wege der Kombination von Solarmodulen mit Beton hat das interdisziplinäre Team erforscht:

• Bei der ersten Variante werden die Solarmodule direkt in Betonbauteile mit entsprechenden Aussparungen eingegossen, so dass sie sich flächenbündig ohne Kanten in die Fassade einfügen.
• Die zweite Möglichkeit besteht darin, Solarmodule auf Betonplatten zu laminieren oder zu kleben.
• Als dritte Option können die Solarmodule mit Druckknöpfen, Schrauben oder anderen Befestigungsmethoden angebracht werden. Auf diese Weise wären die Module abnehmbar.

Durch entsprechende Aussparungen in den Betonbauteilen lassen sich die Solarmodule ohne Kante in die Fassade integrieren. ( Foto © Fraunhofer CSP)

„Wir konnten zeigen, dass alle drei Möglichkeiten technisch machbar sind, optisch ansprechende Lösungen zulassen und beispielsweise auch die Anforderungen hinsichtlich der Tragkraft erfüllen“, freut sich Prof. Schneider.

• Seitens der SGB Steuerungstechnik GmbH wurden die Auslegung und Ausführung von Verschaltung und Schnittstellen untersucht.
• Das Institut für Baustoffe der TU Dresden war mit der Entwicklung einer speziellen Betonmatrix sowie von Betonagekonzepten betraut.
• Im ai:L der HTWK Leipzig entstand die Idee, den Stromertrag durch eine spezielle Formengebung der Fassade zu erhöhen, etwa der Facettierung und Eindrehung in Verbindung mit kleinen Solarmodulgrößen. Entsprechende Lösungen wurden am ai:L zunächst simuliert, parametrisch-generativ optimiert und schließlich konstruktiv entwickelt und umgesetzt.

Eine weitere wichtige Erkenntnis des C³PV-Projekts: Der Stromertrag steigt, wenn die Fassaden nicht plan sind. Durch Neigen, Kippen, Wölbungen oder eine Facetten-Optik lässt sich die für Photovoltaik nutzbare Fläche vergrößern. Auch für die typischen Gegebenheiten im städtischen Raum sind solche Fassaden besser geeignet: Es gibt häufig Teilverschattungen, zudem reflektieren andere Gebäude in der Nähe das Sonnenlicht. Gefragt sind deshalb kleinere und biegbare Solarmodule. „Sie könnten der Schlüssel sein, um solche Lösungen zu marktfähigen Preisen anzubieten. Wenn Häuserwände künftig zu kleinen Solarkraftwerken werden, bietet das enorme Potenziale im Hinblick auf den Klimaschutz“, resümiert Schneider.