Ein Gebäude, dessen Betonfassade Solarstrom produziert? Diese Idee könnte bald Realität werden, denn: Vor einigen Jahren haben Forscher an der Universität Kassel den neuen Baustoff Solarbeton entwickelt, der Sonnenlicht in Strom umwandeln kann!
Dieser besondere Baustoff besteht im Wesentlichen aus Titandioxid, Farbstoffpigmenten (wie sie in Johannisbeersaft zu finden sind) und aus Jodlösung. Für Bauplaner und Architekten wird die Innovation schon bald spannende neue Möglichkeiten eröffnen. So könnte der Solarbeton in naher Zukunft eine echte Alternative zu kostspieligen Solarmodulen darstellen. Allerdings weist der Beton bisher nur einen Wirkungsgrad von etwa zwei Prozent auf, sodass sich innovationsbegeisterte Bauherren noch ein wenig gedulden müssen.
Wie funktioniert Solarbeton?
An der Universität Kassel haben Forscher der Plattform BAU KUNST ERFINDEN Anfang 2015 eine Betonsolarzelle erfunden, die sowohl als Material für Hausfassaden dient, als auch zugleich Sonnenenergie in Strom umwandeln soll. Die Innovation funktioniert mit einem stromleitenden Beton, der als Basis für die Betonsolarzelle dient. Die Forscher tauften ihr Projekt auf den Namen DysCrete. Das setzt sich zusammen aus den englischen Bezeichnungen für Farbstoffzellen (Dye-Sensitized Solar Cell – DYSC) und Beton (Concrete).
Bei der neuen Technologie wandten die Forscher die Technik der so genannten Farbstoffsolarzelle an, die bereits in den 90er Jahren in der Schweiz erfunden wurde. Die Idee dahinter ist folgende: Die Module der Betonsolarzelle sind schichtweise aufgebaut. Innen liegt die dickste, aus leitfähigem Beton bestehende Schicht. Sie ist gleichzeitig auch der elektrische Leiter. Die äußere Elektrode der Zelle bildet eine dünne Graphitschicht am oberen Ende der Solarzelle. Eine transparente Schicht aus Glas schließt die Oberfläche der Zelle ab.
Sobald die Sonne scheint, fängt Titandioxid, ein Stoff, der unter anderem in Zahnpasta vorkommt, die aufkommenden Lichtteilchen der Sonne ein. Danach wandelt roter Farbstoff oder Chlorophyll (der grüne Farbstoff in Pflanzen) die Sonnenenergie in freie Elektronen um. So können sie als elektrischer Strom über die Glasplatte zu einem Stromverbraucher, z.B. einer Verteilerdose abfließen.
Vom Stromverteiler gelangt der Strom dann wieder über eine Jodlösung zurück zum Farbstoff. So entsteht ein Stromkreis – die Zelle kann laufend Strom produzieren.
Einen Haken hat die Innovation allerdings noch: Bisher weist die Betonsolarzelle nur einen Wirkungsgrad von circa 2 Prozent auf, sprich: Nur zwei Prozent der auf den Beton auftreffenden Sonnenenergie wird in Strom umgewandelt. Zum Vergleich: Silizium-Module erzielen einen Ertrag von etwa 15 %. Der geringe Ertrag hängt unter anderem damit zusammen, dass die Beschichtung der Zelle alle ein bis zwei Jahre erneuert werden muss.
Nun sind die Forscher aus Kassel bemüht, Effektivität und Lebensdauer der Betonsolarzelle noch weiter zu steigern. Darum arbeiten sie an Drucker-Robotern, die sich an der Fassade entlang arbeiten und die Beschichtung der Solarzellen regelmäßig erneuern sollen.
Welche Alternativen zum Solarbeton gibt es?
Bisher wurden zur nachhaltigen Stromgewinnung vor allem Solarthermie und Photovoltaikanlagen genutzt.
Bei Solarthermie wird Sonnenenergie in nutzbare thermische Energie umgewandelt. Dafür werden meist Sonnenkollektoren verwendet. Sie wandeln Sonneneinstrahlung in Wärme um und übertragen diese auf Wärmeträgermedien wie Wasser, Luft oder Solarflüssigkeit. Außerdem enthalten Sonnenkollektoren einen Absorberstreifen, der auftreffendes Sonnenlicht absorbiert und an ein Wärmeträgermedium leitet, welches die Wärme aufnehmen kann. Die Wärme kann so weitergeleitet werden, z. B. in einen Heizkessel.
Photovoltaikanlage hingegen nutzen vor allem Silizium-Solarzellen, um Sonnenlicht durch die Ausnutzung des sogenannten photoelektrischen Effektes in Gleichstrom umzuwandeln. Die photoaktive Schicht der Solarzelle besteht dabei aus einem Halbleitermaterial, deren Leitfähigkeit durch die Zufuhr von Energie in Form von Licht erhöht wird. Die meisten Solarzellen bestehen aus dem Halbleiter Silizium.
CO2-Emissionen werden bei dieser Form von Energiegewinnung stark reduziert und es müssen keine fossilen Brennstoffe genutzt werden. Außerdem wird mit einer privaten Solaranlage auf dem Dach der Strom dort verbraucht, wo er erzeugt wird.
Im Gegensatz zu einer Betonsolarzelle sind die Investitionskosten für eine Photovoltaikanlage sehr hoch. Obwohl sie eine Lebensdauer von bis zu 25 Jahren aufweist, rentiert sich ihre Anschaffung erst nach 10-15 Jahren. Weiterhin verlieren die Solarmodule im Laufe der Jahre an Leistung und die eingespeiste Strommenge schwankt stark je nach Tageszeit und Witterung. Wer also eine Photovoltaikanlage auf seinem Dach hat, trägt zwangsläufig einige Risiken. So können die Besitzer bei unerwartet schlechten Erträgen in finanzielle Schwierigkeiten kommen.
Was ist der Vorteil von Solarbeton?
Die Betonsolarzelle ist vor allem deswegen so vielversprechend, weil sie deutlich preisgünstiger ist, als eine herkömmliche Silizium-Solarzelle.
Ein weiterer großer Vorteil ist, dass Solarbeton auch bei diffusem Licht Strom produzieren kann, sie benötigt also keine direkte Sonnenstrahlung und kann auch auf unebenen Flächen angebracht werden. Außerdem weißt sie eine hohe Langlebigkeit, Festigkeit, eine sehr gute Brandsicherheit und zahlreiche Einbaumöglichkeiten auf. So könnten in der Zukunft vorhandene Betonflächen einfach mit allen nötigen Komponenten für eine Betonsolarzelle bedruckt werden und würden prompt Strom produzieren.
