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.
- Neues Instrument bei BESSY II: Die OÆSE-Endstation in EMILAn BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE) Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.
- Elegantes Verfahren zum Auslesen von Einzelspins über PhotospannungDiamanten mit spezifischen Defekten können als hochempfindliche Sensoren oder Qubits für Quantencomputer genutzt werden. Die Quanteninformation wird dabei im Elektronenspin-Zustand der Defekte gespeichert. Allerdings müssen die Spin-Zustände bislang optisch ausgelesen werden, was extrem aufwändig ist. Nun hat ein Team am HZB eine elegantere Methode entwickelt, um die Quanteninformation über eine Photospannung auszulesen. Dies könnte ein deutlich kompakteres Design von Quantensensoren ermöglichen.