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StartseiteForschung aktuellStromerzeugender Beton09.04.2015

FarbstoffsolarzellenStromerzeugender Beton

Solaranlagen finden sich bislang vor allem auf Dächern und auf weiter Flur. Doch was ist mit den Gebäudefassaden? Forscher der Universität Kassel beschäftigen sich mit Beton als Träger von Solarzellen und haben bereits funktionierende Prototypen entwickelt.

Von Ines Rutschmann

Ein Mitarbeiter einer Dresdner Solarfirma steht auf einer Leiter und legt letzte Hand an einer Photovoltaikanlage an, bei der die Solarzellen senkrecht an einer Wand angebracht sind. (dpa / Arno Burgi)
Gebäudefassaden könnten in Zukunft auch zur Stromgewinnung genutzt werden. (dpa / Arno Burgi)
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Nur etwa fünf Millimeter dick ist das Betonteil. Auf der Oberfläche, so groß wie ein Laptop, stehen 24 pastellblaue Kreise in Reih und Glied. Die Kreise verzieren die graue Fläche nicht nur, sondern bestehen aus photoaktiven Schichten und können Strom erzeugen. "DysCrete" nennt sich das Projekt der Forschungsplattform "Bau Kunst Erfinden" an der Universität Kassel. Die Wissenschaftler experimentieren mit Farbstoffsolarzellen auf Betonfertigteilen.

"Und im Ergebnis hat man etwas, was man überall dort einsetzen kann, wo eben geschlossene Oberflächen vorhanden sind. Das heißt, eine Hausfassade könnte das sein, es könnte aber auch ein Gehbelag sein, und zwar fast überall, sag ich mal, weil man im Grundsatz sagen kann, dass die Farbstoffsolarzellentechnik auch mit diffusem Licht arbeiten kann."

Auf der Oberfläche Sonnenstrom erzeugen

Thorsten Klooster ist technischer Leiter der Forschungsplattform. Gemeinsam mit der Künstlerin Heike Klussmann arbeitet er seit mehr als fünf Jahren daran, Baustoffen einen Zweitnutzen zu geben. So entwickelten die beiden beispielsweise einen leitfähigen Beton, indem sie Zuschlagstoffe wie Grafit einbrachten. Da der Baustoff damit als Elektrode taugt und Strom zielgerichtet ableiten kann, kam ihnen die Idee, auf der Oberfläche Sonnenstrom zu erzeugen. Wie das geht, zeigte ihnen ein Team der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne. Der dort lehrende Michael Grätzel hat vor mehr als 20 Jahren die Farbstoffsolarzelle erfunden.

"Man kann sagen, dass das System jetzt von den Materialien, die verwendet werden, extrem kostengünstig ist. Es wird verwendet Titanoxid, wie es zum Beispiel in Zahnpasta oder Wandfarbe vorkommt oder dann Farbstoffe, wie sie in der einfachen Variante in Fruchtsäften vorkommen. Wir arbeiten jetzt mit rutheniumbasierten Farbstoffen."

Auf den leitfähigen Beton drucken oder sprühen die Forscher die einzelnen Schichten einer Farbstoffsolarzelle. Zuerst werden Leiterbahnen aufgebracht, um die photoaktive Fläche in Zellen zu unterteilen und in Reihe zu schalten. Die Spannung liegt so bei maximal zwölf Volt. Es folgt eine Lage Titandioxid, das den Farbstoff aufnimmt. Trifft Sonnenlicht auf die Solarzelle, lösen sich Elektronen von den Farbpigmenten. Über eine Elektrolytschicht und ein transparentes, leitfähiges Polymer wird der Stromkreis geschlossen. Ein Kabel auf der Rückseite greift die Elektrizität ab. Ein Schutzglas fehlt. Optisch bleibt es so eine Betonfassade. Damit die Solarzellen aber nicht völlig verwittern, haben die Forscher eine andere Lösung vorgesehen:

"Und wir haben uns aber sozusagen für eine andere Option entschieden, nämlich dass man eigentlich in regelmäßigen Zyklen die Funktionsschicht, auf die es ankommt, dass man die regelmäßig erneuert. Das heißt also, wenn man das mal zuspitzen will, könnte man sagen: Es ist wie eine Farbe, die trage ich halt alle drei, vier oder fünf Jahre neu auf. Und dann kann man in diesem Sinne eben regelmäßig seine Fassade auf Vordermann bringen, also energetisch aktivieren."

Vision eines Roboters mit Tintenstrahldrucker

Die Vision der Forscher ist: Ein Roboter mit eingebautem Tintenstrahldrucker könnte die Fassaden hoch- und runterklettern und die oberen Schichten inklusive des Farbstoffs erneuern. Das hätte zwei Vorteile: Erstens lässt sich so das Problem umgehen, dass Farbstoffsolarzellen über die Jahre an Effizienz verlieren. Vor allem deshalb haben sie bis heute nicht den Sprung in die Massenfertigung geschafft. Zweitens bleibt der Nutzer nicht an eine Fassadenfarbe gebunden, sondern kann das Erscheinungsbild auch mal verändern.

"Und das ist ein wichtiger Aspekt in Bezug auf die Akzeptanz des Gesamtergebnisses. Also wenn ich halt den Leuten, sagen wir mal in erster Linie vielleicht Architekten und Designern, die Möglichkeit gebe, ein Farbspektrum zu nutzen von drei oder fünf oder zehn verschiedenen Farben, dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Material Verwendung findet, einfach höher, als wenn ich sage: Es ist immer blau oder gelb."

Der Wirkungsgrad der Zellen liegt derzeit bei zwei Prozent. Im Idealfall ergeben sich pro Quadratmeter 20 Watt Leistung. Dieses Potenzial kann allerdings weniger ausgeschöpft werden als bei optimal der Sonne zugewandten Dachanlagen. Dafür ist die Herstellung der Farbstoffsolarzellen durchweg umweltfreundlich und braucht wenig Energie. Die Mehrkosten pro Betonfertigteil beziffert das Bau-Kunst-Erfinden-Team daher mit nur zehn bis 15 Prozent, die sich durch den Stromertrag amortisieren sollen. In etwa fünf Jahren könnte das Produkt in die industrielle Fertigung gehen - sowohl als Baustoff für Neubauten als auch zum Veredeln bestehender Fassaden.

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