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Weltweit forschen Hochschulen an sogenannten Solarfenstern, mit denen sich Sonnenschutz und Stromerzeugung kombinieren lassen. An der Universität Kassel wurde dazu eine spezielle Kunststofffolie entwickelt, im Rahmen des Forschungsprojekts CoSoWin – Fenster mit integrierten Solarzellen auf Basis der Luminescent Solar Concentrator (LSC)-Technologie zur Energieversorgung. Daran beteiligt waren das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP und Vertreter*innen aus Energiewirtschaft und Industrie. 

PV-Fenster im Altbau

Ob Loch- oder Glasfassade, Einfamilien- oder Hochhaus, Wintergarten oder Atriumdach – sie alle könnten mit einem Solarglas platzsparend und dezentral dort Strom erzeugen, wo er benötigt wird und ohne optische Veränderungen der Fassade. Allerdings erreichen PV-Zellen, die in Solarfenstern verbaut werden, bisher nur einen Wirkungsgrad von maximal sieben Prozent. Das Kassel Forschungsteam konnte ihn bedeutend steigern, dank einer neuartigen Kunststofffolie. Mit ihrer Hilfe erreicht das Solarfenster einen Wirkungsgrad von 12,3 %, bei einer Lichtdurchlässigkeit von 70 % bis 90 %. 

LSC-Technik

Die Folie wirkt als lumineszierender Solarkonzentrator (LSC). Dazu wurden lumineszente Quantenpunkte integriert, sprich Nanopartikel von Halbleiter-Werkstoffen. Diese fangen Teile des nicht sichtbaren Sonnenlichtspektrums, also ultraviolettes (UV) und nahinfrarotes (IR) Licht, ein und leiten es konzentriert zum Rand des Glases. Dort wandeln dünnschichtige Solarzellen das Licht in Energie um. Das sichtbare Sonnenlicht geht größtenteils durch das Material hindurch. So bleiben Tageslichteinfall und Durchsicht erhalten und die Glasscheibe nahezu klar.

Marktreife noch nicht in Sicht

Der Prototyp des Fensters hat eine Dreischeibenverglasung. Die LSC-Folie ist auf die Außenseite der inneren Glasscheibe aufgebracht. Der erzeugte Strom kann per Verkabelung entweder in den Haushaltsstrom eingespeist oder in Verbindung mit einem integrierten Akku direkt an einen Verbraucher weitergegeben werden, beispielsweise die Jalousien. Die Technik dafür, sowie auch die Hinterlüftung der Solarzellen, findet im Fensterrahmen Platz. 

Vor einem halben Jahr wurde das Fenster in ein Mehrfamilienhaus eingebaut und wird dort auf Nutzerfreundlichkeit, Techniktauglichkeit und Solarertrag getestet. Bis zur Marktreife dauere es noch, schätzt Matthias Koch, Wissenschaftler am Institut für Werkstofftechnik an der Universität Kassel. Der größte Knackpunkt sei die korrekte Produktion der Halbleiterfolie. Denn die Quantenpunkte sind empfindlich und können im Herstellungsprozess schnell zerstört werden.

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