HZB nutzt Strom produzierende Hauswand als Real-Labor
Eröffnet! Bernd Rech (l.) und Christian Rickerts (r.) drückten am 6. September den symbolischen roten Knopf zum Start des Real-Labors in Adlershof. © HZB / M. Setzpfandt
Viele Gäste kamen zur Eröffnung und begutachteten die optisch ansprechende Solarfassade des Neubaus.
Die Gäste unserer Talkrunde
Im Gespräch: Die Architekten der Beratungsstelle BAIP informierten über den vielfältigen Einsatz von gebäudeintegrierter Photovoltaik.
Im Glanz der Sonne: Das neue Forschungsgebäude mit der Solar-Fassade.
Im Beisein des Staatssekretärs für Wirtschaft, Energie und Betriebe des Landes Berlin, Christian Rickerts, hat das HZB am 6. September 2021 die Solarfassade eines Forschungsneubaus offiziell in Betrieb genommen. Das Besondere daran: Die elegante Fassade erzeugt nicht nur bis zu 50 Kilowatt Strom (Peak-Leistung). Sie liefert gleichzeitig auch wichtige Erkenntnisse über das Verhalten der Solar-Module bei verschiedenen Witterungsbedingungen.
Solarenergie gilt als eine der vielversprechendsten erneuerbaren Energien. Immer mehr Häuser haben eine Photovoltaik-Anlage auf dem Dach und vermehrt sind große Freiflächenanlagen zu sehen. Doch Solarmodule lassen sich auch vielfältiger integrieren, zum Beispiel in Gebäudefassaden. Durch die solare Aktivierung der gesamten Gebäudehülle wird die Photovoltaik zum Bauelement und macht Gebäude zu Stromerzeugern. Dabei lassen sich die Solarmodule auch optisch ansprechend integrieren. Seit zwei Jahren berät die am HZB angesiedelte Beratungsstelle für bauwerkintegrierte Photovoltaik (BAIP) genau zu diesem Thema.
Nun macht das HZB selbst den Praxistest. „Erstmals wird ein komplettes Bauwerk mit einer fassadenintegrierten Photovoltaikanlage als Real-Labor betrieben. Die umfangreiche Messtechnik ermöglicht neue Erkenntnisse über das reale Verhalten von Solarmodulen in einer Fassade bei verschiedenen Jahreszeiten und Witterungsbedingungen, über einen langen Zeitraum“, sagt Dr. Björn Rau, der die Beratungsstelle BAIP am HZB leitet.
Das Wichtigste auf einen Blick:
- das Real-Labor besteht aus 360 CIGS-Dünnschicht-Solarmodulen, die an drei Fassaden (West- Süd und Nordseite) installiert sind
- Leistung je Modul: ca. 135 Watt (Peak-Leistung der gesamten Fassade: knapp 50 Kilowatt)
- zusätzliche Sensortechnik (u.a. 72 Temperatur-, 10 Bestrahlungs,- 4 Windsensoren) installiert
- dient zur langfristigen Untersuchung der PV-Erträge in Abhängigkeit von Umweltfaktoren (Verschmutzungen), Witterungsbedingungen (Sonne, Wind, Reflexion) und Himmelsrichtungen usw.
- Vergleich zwischen realen Daten und Simulationswerten von Ertragsprognosen
Die rahmenlose Ausführung der Solarmodule ist optisch besonders ansprechend
Eine Besonderheit besteht in der verdeckten Aufhängung. Sie ermöglicht eine rahmenlose Ausführung ohne zusätzliche Einfassung am Modulrand. Dadurch lassen sich die Module ideal mit der Metallvorhangfassade des Gebäudes kombinieren. Björn Rau betont: „Ganz bewusst haben wir auch Wert auf die gestalterische Integration der Module in die Gebäudehülle gelegt und mit der CIGS-Technologie das Materialsystem ausgewählt, über das am HZB eine sehr große Expertise existiert.“ Viele Forschungsgruppen am HZB arbeiten mit CIGS-Dünnschichten, von der Materialforschung bis hin zur Entwicklung von Bauelementen.
Der Forschungsbau: was innen passiert
Die Fassade dient der Photovoltaik-Forschung als Real-Labor, doch im Gebäude passiert etwas ganz anderes: Hier entwickeln und bauen Forscher*innen weltweit einzigartige Komponenten für BESSY II und andere Synchrotronstrahlungsquellen. Das Gebäude beherbergt einen Reinraum, diverse Labore und Montageplätze für international renommierte Beschleunigerforschung des HZB.
- Wie sich Nanokatalysatoren während der Katalyse verändernMit der Kombination aus Spektromikroskopie an BESSY II und mikroskopischen Analysen am NanoLab von DESY gelang es einem Team, neue Einblicke in das chemische Verhalten von Nanokatalysatoren während der Katalyse zu gewinnen. Die Nanopartikel bestanden aus einem Platin-Kern mit einer Rhodium-Schale. Diese Konfiguration ermöglicht es, strukturelle Änderungen beispielsweise in Rhodium-Platin-Katalysatoren für die Emissionskontrolle besser zu verstehen. Die Ergebnisse zeigen, dass Rhodium in der Schale unter typischen katalytischen Bedingungen teilweise ins Innere der Nanopartikel diffundieren kann. Dabei verbleibt jedoch der größte Teil an der Oberfläche und oxidiert. Dieser Prozess ist stark von der Oberflächenorientierung der Nanopartikelfacetten abhängig.
- Metalloxide: Wie Lichtpulse Elektronen in Bewegung setzenMetalloxide kommen in der Natur reichlich vor und spielen eine zentrale Rolle in Technologien wie der Photokatalyse und der Photovoltaik. In den meisten Metalloxiden ist jedoch aufgrund der starken Abstoßung zwischen Elektronen benachbarter Metallatome die elektrische Leitfähigkeit sehr gering. Ein Team am HZB hat nun zusammen mit Partnerinstitutionen gezeigt, dass Lichtimpulse diese Abstoßungskräfte vorübergehend schwächen können. Dadurch sinkt die Energie, die für die Elektronenbeweglichkeit erforderlich ist, so dass ein metallähnliches Verhalten entsteht. Diese Entdeckung bietet eine neue Möglichkeit, Materialeigenschaften mit Licht zu manipulieren, und birgt ein hohes Potenzial für effizientere lichtbasierte Bauelemente.
- Schlüsseltechnologie für eine Zukunft ohne fossile EnergieträgerIm Juni und Juli 2025 verbrachte der Katalyseforscher Nico Fischer Zeit am HZB. Es war sein „Sabbatical“, für einige Monate war er von seinen Pflichten als Direktor des Katalyse-Instituts in Cape Town entbunden und konnte sich nur der Forschung widmen. Mit dem HZB arbeitet sein Institut an zwei Projekten, die mit Hilfe von neuartigen Katalysatortechnologien umweltfreundliche Alternativen erschließen sollen. Mit ihm sprach Antonia Rötger.