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.
- Berliner Wissenschaftspreis geht an Philipp AdelhelmDer Batterieforscher Prof. Dr. Philipp Adelhelm wird mit dem Berliner Wissenschaftspreis 2024 ausgezeichnet. Er ist Professor am Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und leitet eine gemeinsame Forschungsgruppe der HU und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB). Der Materialwissenschaftler und Elektrochemiker forscht zur Entwicklung nachhaltiger Batterien, die eine Schlüsselrolle für das Gelingen der Energiewende spielen. International zählt er zu den führenden Expert*innen auf dem Gebiet der Natrium-Ionen-Batterien.
- Langzeittest zeigt: Effizienz von Perowskit-Zellen schwankt mit der JahreszeitAuf dem Dach eines Forschungsgebäudes am Campus Adlershof läuft ein einzigartiger Langzeitversuch: Die unterschiedlichsten Solarzellen sind dort über Jahre Wind und Wetter ausgesetzt und werden dabei vermessen. Darunter sind auch Perowskit-Solarzellen. Sie zeichnen sich durch hohe Effizienz zu geringen Herstellungskosten aus. Das Team um Dr. Carolin Ulbrich und Dr. Mark Khenkin hat Messdaten aus vier Jahren ausgewertet und in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials vorgestellt. Dies ist die bislang längste Messreihe zu Perowskit-Zellen im Außeneinsatz. Eine Erkenntnis: Standard-Perowskit-Solarzellen funktionieren während der Sommersaison auch über mehrere Jahre sehr gut, lassen jedoch in der dunkleren Jahreszeit etwas nach. Die Arbeit ist ein wichtiger Beitrag, um das Verhalten von Perowskit-Solarzellen unter realen Bedingungen zu verstehen.
- Natrium-Ionen-Batterien: Neuer Speichermodus für KathodenmaterialienBatterien funktionieren, indem Ionen zwischen zwei chemisch unterschiedlichen Elektroden gespeichert und ausgetauscht werden. Dieser Prozess wird Interkalation genannt. Bei der Ko-Interkalation werden dagegen sowohl Ionen als auch Lösungsmittelmoleküle in den Elektrodenmaterialien gespeichert, was bisher als ungünstig galt. Ein internationales Team unter der Leitung von Philipp Adelhelm hat nun jedoch gezeigt, dass die Ko-Interkalation in Natrium-Ionen-Batterien mit den geeigneten Kathodenmaterialien funktionieren kann. Dieser Ansatz bietet neue Entwicklungsmöglichkeiten für Batterien mit hoher Effizienz und schnellen Ladefähigkeiten. Die Ergebnisse wurden in Nature Materials veröffentlicht.