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Solarhäuser und solare Bauelemente (1997 - 2006)


Im März 1997 weiht die Gemeinnützige Siedlungs- und Wohnungsbaugesellschaft Berlin (GSW) ein Einfamilienhaus in Berlin-Spandau ein, das seine Heizenergie vollständig von der Sonne bezieht. Das vom Berliner Institut für Bau-, Umwelt- und Solarforschung (IBUS), dem Berliner Architekturbüro Ibus und dem Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Bauphysik gemeinsam konzipierte Ultrahaus (auch: Zero Heating Energy House) ist einer der zwei deutschen Projektbeiträge zum Solar Heating and Cooling Program der Internationalen Energie Agentur (IAE), das bereits acht Jahre zuvor angeschoben wurde (s.o.).

Das stark gedämmte zweieinhalb Etagen hohe Reihenmittelhaus hat eine Wohnfläche von 150 m2 und besitzt eine großflächige Südfassade mit Xennon-gefüllter Drei-Scheiben-Verglasung, in die ein 54 m2 großes Solarkollektorfeld integriert ist. Das Haus hat ferner ein Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung, außerdem gibt es einen Langzeit-Warmwasserspeicher mit 20.000 Liter Inhalt, dessen Wassertemperatur zu Beginn der Heizperiode 90°C – 95°C beträgt und auch im Laufe des Winters nie auf Werte unterhalb von 45°C absinkt. Dieser zylindrische Langzeitspeicher bildet den Kern des Wendeltreppenhauses, womit Verluste, die trotz der 30 cm Dämmung auftreten, den zu beheizenden Räumen zugute kommen. Mehr über diese Swiss-Solartank-Technologie gibt es weiter unten.

In dem Ultrahaus sind 100 Meßsonden installiert, und auch die Öffnungszeiten aller Fenster und Türen werden registriert und zur Auswertung an das Fraunhofer-Institut für Bauphysik weitergeleitet, dem die wissenschaftliche Begleitung des Projektes obliegt.  Die Mehraufwendungen im Vergleich zu einem ‚normalen’ Haus betragen bis zu 200.000 DM, was zum Großteil dem Heizwasserpufferspeicher und dem aufwendigen Regel- und Leitungssystem zu verdanken ist.

1997 kommen auch die ersten Solar-Dachziegel auf den Markt – eine Idee, die Bernd Melchior in seinem Unternehmen bmc Solar Industrie GmbH bereits in den 1980er Jahren hatte – damals aber noch nicht umsetzen konnte. Die inzwischen serienreif entwickelten PV-Ziegel werden nun von den Ziegelwerken Gebr. Laumanns in nordhessischen Brüggen hergestellt, wobei jede Dachziegel als Träger von Modulen mit je drei Solarzellen fungiert. Da diese nur mit einem speziellen Klemm-Mechanismus eingeklinkt werden müssen, können die Dachziegel damit auch problemlos erst nach der Verlegung ausgerüstet werden. Ein Jahr später steigen die Österreichischen Ziegelwerke J. G. Wolf KG in die Produktion ein.

Die Berliner Atlantis-Energie-Systeme AG stellt ihrerseits eine Solarschindel vor, die aus einer herkömmlichen Faserzementplatte mit aufmontiertem Solarmodul besteht. Die Schindel ist so standardisiert, daß sich die Stromerzeugungsfläche bei Bedarf jederzeit vergrößern läßt. Die Solarzellen sind in einen hochstabilen, elastischen Kunststoff eingebettet, zwischen einem gehärteten Spezialglas und einer rückwärtigen, mehrfach beschichteten Aluminiumfolie. Eine Modellanlage aus zwei Plattenreichen entsteht auf dem Dach des Gemeindehauses in dem aufgrund des Tagebaus später wortwörtlich verschobenen Horno, östlich von Berlin.

Solare Glasdachziegel von Kyocera

Solare Glasdachziegel
(Kyocera)

Eine große Konkurrenz für die zwei genannten deutschen Entwicklungen bilden die solaren Glasdachziegel der japanischen Firma Sanyo, die von dem PV-Fabrikanten Kyocera hergestellt werden. Die Zellen bestehen aus amorphem Silizium und sehen wesentlich besser aus als die deutschen Schindeln. Es ist nicht bekannt, on und wann sie auf den europäischen Markt kommen.

Für die neuen Technologie gibt es natürlich auch den passenden neuen Fachbegriff: Building Integrated Photovoltaics (BIPV).

Mitte August 1997 startet der Bundesverband Deutscher Fertigbau (BDF) eine große bundesweite, zweijährige Sonnenenergie-Aktion unter dem Namen ‚10.000 Solardächer Initiative’. Damit wollen die 33 Mitglieder, die zusammen bislang Erfahrungen mit über 500.000 Solarhäusern haben, erreichen, daß Brauchwasser-Solaranlagen auf deutschen Hausdächern zum Standard werden. Man errechnet, daß zu diesem Zeitpunkt erst 7 % aller Fertighäuser eine Solaranlage besitzen.

1998 entsteht das erste Bio-Solar-Haus des Konstrukteurs Klaus Becher in Brandenburg. Bundesweit gibt es nicht lange darauf schon 20 dieser schönen Häuser aus Holz, Glas und einem Stahlskelett, die einem kieloben liegenden gläsernen Wikingerschiff ähneln. Der Quadratmeterpreis für ein schlüsselfertiges Haus beträgt 2.400 DM.

In Leipzig baut das Ingenieurbüro Naumann und Stahr für 400.000 DM ein völlig wärmebrückenfreies 190 m2 Haus aus Holz-Bauelementen – ausgerüstet mit Solaranlage, Lüftungssystem und Regenwassersammelanlage. Das Büro baut auch diverse große thermische Solaranlagen auf Wohnanlagen, beispielsweise in Leipzig.

Im Juni findet in Bonn die bereits 5. Europäische Konferenz für Solares Bauen ‚Solarenergie in Architektur und Stadtplanung’ statt, mit über 160 Vorträgen und Präsentationen.

Im Oktober 1998 untersucht das ISE zusammen mit der EnBW Badenwerk AG Kompaktheizgeräte in der Größe von Kühlschrankkombinationen, die mittels Wärmepumpen Neuenburger Passivhäuser bei Freiburg beheizen werden, wobei sie ihre Wärme ausschließlich aus der verbrauchten Abluft beziehen. Zusammen mit einer Solaranlage sollen die Geräte fast die Hälfte des übers Jahr anfallenden Wärmebedarfs decken.

Ebenfalls 1998 wird vom Kölner Institut für Licht- und Bautechnik (ILB) ein neuartiges, transparentes Sonnenschutz- und Verschattungssystem für Gebäude vorgestellt, das aus Hologrammzellen besteht und bereits sechs Jahre Forschungsarbeit hinter sich hat. Ein holographischer Film, der zwischen zwei Glasscheiben eingebettet ist, blendet das direkte Sonnenlicht aus (ähnlich wie Spiegel oder Prismen), bleibt aber für Licht aus anderen Richtungen durchlässig. Die dem Sonnenlauf nachgeführten Elemente sorgen im Gebäudeinneren für gleichmäßigen Lichteinfall und sparen Energie.

Holographisches Glasdac

Holographisches Glasdach

Das erste damit ausgestattete Gebäude ist die Hauptverwaltung der Rewe-Kette in Köln, wo beim Umbau durch den Architekten H. Heidrich ein holographisches Glasdach von 250 m2 einen öden Innenhofparkplatz in einen wohlklimatisierten, vom Tageslicht durchfluteten Konferenzraum verwandelt. Messungen in einem weiteren Bürohaus in Köln, bei dem die lichtumlenkende Eigenschaft von Hologrammen genutzt wird, belegen, daß dort etwa 70 % des für die Raumbeleuchtung notwendigen Stroms eingespart werden konnte.

Das ILB setzt diese Technologie aber auch zur Herstellung von holographischen Projektionswänden ein (HoloPro), wobei – bedingt durch die Einzelanfertigung – der Preis allerdings noch recht hoch ist, für 1,5 m2 beispielsweise beträgt er rund 8.000 DM.

Eine Weiterentwicklung der holographischen Verschattung bildet die Kombination von Solar- und Hologrammzellen: Schwenkbare Hologramme lenken das direkte Sonnenlicht auf in der Mitte der Konstruktion sitzende PV-Zellen. Durch die Lichtbündelung läßt sich der Wirkungsgrad der Zellen nahezu verdoppeln.

Ein weiteres Tageslicht-Lenksystem besteht aus gestapelten Acrylstäben oder -profilen, die zwischen zwei Glasscheiben eingebettet sowohl Sonnen- als auch Diffuslicht durch Totalreflektion gegen die Decke lenken, von wo aus es in die Tiefe des Raumes fällt. Hersteller des Lumitop-Systems ist seit Mitte 1997 die Vegla Vereinigte Glaswerke GmbH in Aachen (später: Saint Gobain-Glass), entwickelt wird dieses System am Institut für Licht- und Bautechnik der Fachhochschule Köln.

Inzwischen hat das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) auf dem Gebiet der schaltbaren Schichten weitergeforscht, und neben den thermotropen Schichten (s.o.) auch gasochrome Verglasungen entwickelt. Hier besteht die wirksame Schicht aus Wolframtrioxid (WO3), die sich reversibel von transparent bis blau einfärben läßt. Technisch umsetzbar ist dieser Effekt, indem über einen Katalysator atomarer Wasserstoff aus einer geringfügig H2-haltigen Gasatmosphäre innerhalb eines im Sandwichverfahren aufgebautem Fenster gebildet wird. Der Wasserstoff durchdringt dann die auf das Glas aufgedampfte Wolframtrioxidschicht und färbt sie dabei, wodurch das Fenster seine Transparenz verliert. Die Entfärbung wird durch eine geringe Sauerstoffkonzentration in dem zugeführten Gas über der Schicht erreicht. Über eine elektronische Steuerung werden die jeweiligen Gase in der Reaktionskammer des Fensters freigesetzt, wodurch eine gezielte und bedarfsgerechte Einfärbung des Glases ermöglicht wird. Da die Materialalterung bei diesen Schichttechnologien noch Probleme aufwirft, ist man mit einer Prognose über den Zeitpunkt der Markteinführung allerdings noch zurückhaltend.

1998 wird in Gundelfingen der Fachverband Transparente Wärmedämmung e. V. gegründet, der insbesondere Prototypen zu marktreifen Bausystemen entwickeln will.

1999 bekommt ein internationales Forscherteam 1,5 Mio. DM aus EU-Mitteln, um damit eine softwaregesteuerte ‚vorausschauende Heizungsregelung’ zu entwickeln, die das kurzfristige Wettergeschehen im voraus erfassen und darauf reagieren soll. Über die Ergebnisse habe ich leider nichts finden können – allerdings gibt es eine Doktorarbeit (pdf) von Ute Thron an der Universität Hannover aus dem Jahr 2001, in deren Rahmen ein Algorithmus zur vorausschauenden und selbstadaptierenden Regelung der Heizung in Gebäuden mit erhöhten passiv solaren Energiegewinnen entwickelt wird.

Ebenfalls 1999/2000 erfolgt in dem nordindischen Dorf Lingshed (Ladakh) im Himalaja der Bau einer Solarschule, deren Konzeption auf eine 1994 fertiggestellte Diplomarbeit von Christian Hlade zurückgeht. Umgesetzt wird das Bildungsprojekt von den Friends of Lingshed, Österreich. 2003 erhält die Dorfschule auch eine durchgehende Glasfront.

Solarschule Lingshed

Solarschule Lingshed

Interessant finde ich, daß – quasi um die Ecke – in der Stadt Shey, in dem der alte Sommerpalast der Könige von Ladakh steht, ab 2001 die Druk White Lotus School entsteht, die u.a. von Yardbirds und Donovan unterstützt wird. Zur Stromerzeugung werden sonnennachgeführte PV-Paneele installiert.

Da viele Architekten und Bauherren Solarkollektoren noch immer aus ästhetischen Gründen ablehnen, wird ab 1999 vermehrt an der Entwicklung von bündig in die Dachhaut integrierbaren Kollektoren und Modulen gearbeitet.

Die Universität Konstanz stellt 1999 ihre transparenten Solarzellen vor, die auch schnell bei dem örtlichen Unternehmen Sunways AG in die Fertigung gehen. Als Markt wird die Fassaden- und Dachgestaltung angepeilt, z.B. Vordächer, die eine Fläche nicht gänzlich verschatten, sondern einen Teil des Sonnenlichts passieren lassen, während sie gleichzeitig Strom produzieren.

In Dresden wird die Fassade der neuen Stadtsparkasse mit rund 120 m2 elektrochromen Fenstern der Pilkington-Tochter Flabeg GmbH, Fürth, ausgestattet. Bei den E-Control-Fenstern wird die (blaue) Einfärbung umkehrbar durch das Anlegen einer elektrischen Spannung unterhalb von 5 V erreicht, ohne den Ausblick dabei jedoch vollständig zu versperren. Bei dieser Spannung wandern Lithium-Ionen in eine Wolframtrioxid-Schicht, während sie bei einem Umdrehen der Polarität diese Schicht verlassen – und das Glas sich wieder aufhellt. Da diese Fenster derzeit ausschließlich in einer Pilotanlage gefertigt werden, ist ihr Preis fünf- bis zehnmal so teuer wie herkömmliches Sonnenschutzglas, das 100 DM/m2 bis 250 DM/m2 kostet. Und weil blaue Fenster nicht jedermanns Sache sind, untersucht das ISE Mischungen verschiedener Oxide. Dabei lassen sich, je nach Zusammensetzung, unterschiedliche Grautöne einstellen.

Ab dem 1. Juli 1999 fördert die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) den Bau von Passivhäusern bis zu max. 50.000 € als langfristiges zinsgünstiges Darlehen mit drei tilgungsfreien Anlaufjahren.

Eine weitere Form, den Heizbedarf zu senken, entwickelt im Jahr 2000 der Brite Frederick McKee. Seine Spezialfenster sind mit Wasser gefüllt, das mit einer Spezialchemikalie versetzt die Infrarotstrahlen der Sonne absorbiert und sie als Wärme wieder abgibt. Immerhin wird die Innovation nicht ganz vergessen, ein Hinweis darauf erfolgt in dem 2010 vorgelegten Vortrag ‚Fluid Filled Window System for Passive Cooling and Heating’ von Eric Carbonnier und Pablo La Roche am Lyle Center for Regenerative Studies der kalifornischen Polytechnic University of Pomona. Hier werden auch weitere Experimente und Entwicklungen beschrieben.

Eines der weltweiten Demonstrationsprojekte der EXPO 2000 bildet das Solarzentrum Frankfurt/Oder, in welchem an neuen Produkten der Photovoltaik geforscht und entwickelt wird. Es besitzt eine Synergiefassade, die Lüftung, Wärmerückgewinnung, Photovoltaik, Tageslichtlenkung, Luftkollektoren und Einzelraumregelung integriert.

Im September 2000 findet in Bonn die 6. Europäische Konferenz Solarenergie in Architektur und Stadtplanung statt.

Im Jahr 2000 gibt das japanische Unternehmen Sanyo den Plan bekannt, zu seinem 50. Jahrestag das weltweit größte PV System mit einer Leistung von 3,4 MW als ‚Botschaft an das 21. Jahrhundert’ zu errichten. Eigentlich sollten die besten Hybrid-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 14 - 15 % eingesetzt werden, doch infolge der großen Rückrufaktion von Sanyos Monokristallin-Zellen im November des Jahres und dem damit verbundenen Skandal wird dieser Plan geändert.

Sanyo Solar Ark

Sanyo Solar Ark

Als im April 2002 die Eröffnung erfolgt, steht in der Stadt Gifu, in der Nähe einer Halbleiterfabrik des Unternehmens und in guter Sichtweite der Tokaido-Schnellbahnlinie, eine riesige Werbefläche, bei deren Bau ausschließlich zurückgegebene, mangelhafte Paneele verwendet wurden – ein Symbol des Pragmatismus. Für das Unternehmen selbst bildet der Bau, laut eigener Aussage, eine Erinnerung an die Wichtigkeit hoher Qualitätsstandards.

Die 315 m lange Solar Ark ist eine Stahlkonstruktion von 3.000 t, in deren Inneren sich ein Solarmuseum und Vortragsräume befinden. Die 5.046 Solarpaneele der Hülle produzieren etwa 630 kW. Zwischen diesen befinden sich außerdem 412 Leuchtpunkte mit insgesamt 77.200 roten, grünen and blauen LEDs, die computergesteuert allerlei Lichteffekte bewirken. Überraschenderweise dauert es bis Anfang 2008, bis die Arche auch im Westen der Weltkugel bekannt wird!

Anfang 2001 geben chinesische Forscher der Tongji University in Schanghai bekannt, daß sie eine Farbe entwickelt haben, die sich je nach Außentemperatur verändert und dadurch unterschiedlich viel Sonnenenergie aufnehmen bzw. reflektieren kann. Die ‚Sprungtemperatur’ zwischen dem hellen und dunklen Zustand der Farbe liegt bei 20°C. Im Sommer wird das entsprechend angestrichene Haus bis zu 8°C kühler, während es im Winter bis zu 4°C wärmer wird. Die bislang bekannten thermochromen Pigmente wechseln ihre Farbe erst bei wesentlich höheren Temperaturen. Die neuen Farben sind im Sommer blau und im Winter rot, und es wird weiter an der Langzeitstabilität gearbeitet, da zur Zeit nach nur 4 Jahren schon wieder nachgestrichen werden muß.

Im September 2001 informiert die britische Firma Intersolar Group aus Oxford darüber, daß sie die Einführung eines Solardachschiefers plant. Großbritanniens einziger Hersteller von Solarzellen wird dazu amorphe Solarmodule aus eigener Produktion verwenden. Der Electra-Slate soll zum Produktionsstart eine elektrische Leistung von 2 W aufweisen; die bislang produzierten Prototypen kommen erst auf 1,4 W. Die Spannung je Solarschiefer wird 48 V betragen. Die Solarzellen bedecken die unteren 20 cm der 50 cm langen Platte, die Breite beträgt 30 cm. Damit ist der Solarschiefer knapp doppelt so groß wie ein DIN A4 Blatt.

Auf dem Dach wird trotz der nur teilweisen Belegung mit Solarzellen eine einheitlich schwarze Solarfläche zu sehen sein, da der elektrisch inaktive Teil der Schiefer von der jeweils oberhalb liegenden Reihe bedeckt wird. Die Entwicklung fand in Zusammenarbeit mit der Alfred McAlpine PLC statt, einem der größten Fertighaushersteller und Dachschieferproduzenten des Landes mit einem Jahresumsatz von 1,5 Milliarden €. Die Kosten betrugen rund 2,5 Millionen € und wurden teilweise vom britischen Wirtschaftsministerium übernommen. Der Solarschiefer soll ab Mitte 2002 in die Produktion gehen und dann auch in Deutschland erhältlich sein.

Der Solar Decathlon (Solarer Zehnkampf) ist ein technisch-interdisziplinärer Wettbewerb in den USA, bei dem Studententeams aus aller Welt ein energieautarkes Haus für das Wohnen im Jahre 2015 entwerfen und auch bauen, dessen Energiebedarf allein durch Sonnenenergie gedeckt wird. Die 10 Wettkampf Disziplinen sind: Architektur, Technologische Umsetzung, Marktfähigkeit, Öffentlichkeitsarbeit, Thermische Behaglichkeit, Technische Ausstattung, Warmwasser, Lichtkonzept, Energieeinspeisung und Home Entertainment. Der Wettbewerb endet mit einer zweiwöchigen, öffentlichen Endausscheidung aller Teams auf der National Mall vor dem Weißen Haus in Washington.

Der im Oktober 2000 ausgelobte und dann erstmals im Herbst 2002 durchgeführte Wettbewerb wird vom amerikanischen Energieministerium organisiert und soll alle zwei Jahre erfolgen. Teilnahmeberechtigt sind zwanzig in einem Vorentscheid ausgewählte Teams, denen für die Planung und Umsetzung des Bauprojektes dann zwei Jahre zur Verfügung stehen. Zur ersten Veranstaltung können sich allerdings nur 14 Teams qualifizieren; die ersten drei Plätze gehen an die Teams der University of Colorado, der University of Virginia und der Auburn University. Der zweite Wettbewerb wird 2005 durchgeführt (s.u.), und ab da stets in den ungeraden Jahren.

PV-Folien-Dach

PV-Folien-Dach

Ebenfalls im Oktober 2002 wird die in Bayern bislang einzige und in Deutschland derzeit größte dachintegrierte Photovoltaik-Anlage auf dem Dach der Abstellhalle des Straßenbahn-Betriebsbahnhofs in Nürnberg in Betrieb genommen. Weltweit erstmals zum Einsatz kommen dabei die von der Firma alwitra Flachdach-Systeme GmbH & Co. in Trier entwickelten PV-Kunststoff-Dachbahnen, die nicht nur das Dach sicher abdichten, sondern zugleich elektrischen Strom erzeugen. Bei diesen Dachbahnen werden flexible Photovoltaik-Module auf eine seit Jahrzehnten praxisbewährte Kunststoff-Dachbahn laminiert.

Eine interessante PV-Fassadenintegration gibt es 2002 bei dem von der Firma New Energy Options Inc. aus Littleton, Massachusetts, ausgerüsteten Hochhaus The Solaire in New York zu sehen, wo Alt Power sowohl waagrechte als auch senkrechte Arrays installiert. Diese sollen etwa 5 % des hauseigenen Strombedarfs decken. Für die Klimaanlage des Gebäudes wird Erdgas genutzt, und ein Regenwasser-Tank sorgt für die Bewässerung der Dachterrasse, die auch die Abstrahlverluste reduzieren soll.

Der Bau des 27-stöckigen Öko-Towers mit 293 Appartements in Manhattans Battery Park City verzögerte sich durch die Aufräumarbeiten nach dem Anschlag auf die WTC-Türme um mehrere Monate.

Den Deutschen Solarpreis 2002 gewinnt das Plusenergiehaus mit solarem Energiekonzept der Familie Malz in Fellbach nahe Stuttgart. Es besitzt eine 60 m2 große 8 kW PV-Anlage, eine Erdreich-Wärmepumpe, einen Erdreich-Wärmetauscher sowie eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung aus der Abluft.

Ab 2003 bietet die thüringische Sesol Gesellschaft für solare Systeme mbH unter dem Namen Sesol Quick ein neues Solardachziegel-Modulsystem an, das an die verschiedenen Dachziegeltypen angepaßt ist. Die Ziegel selbst bestehen aus Mineralguß und eignen sich für alle Dächer mit einer Mindestneigung von 22°. Sie sind wie bisher in Schwarz, und neuerdings auch in Ziegelrot erhältlich. Die Dachelemente enthalten jeweils ein Laminat mit polykristallinen Zellen, das von der Dresdener Solarwatt Solar-Systeme GmbH hergestellt wird. 

Solardachziegel-Modul

Solardachziegel-Modul

Neben Solardachziegeln mit einer Nennleistung von 45,5 Watt bietet Sesol alle Dachsteintypen nun auch als 48 W Version mit sechs-Zoll-Zellen an.  Ein 1 kW System mit 22 Sesol Quick Solardachsteinen von jeweils 48 W Nennleistung kostet Ende 2005 inklusive Wechselrichter, Installationsmaterial und Lieferung 7.499 €. Der Einzelpreis für einen einzelnen Solardachstein des Typs D4-FrPf/45,5 beträgt 276 €. 

Ebenfalls 2003 beginnt ein Team am Rensselaer Polytechnic Institute unter der Leitung von Steven Van Dessel mit der Entwicklung des inzwischen patentierten Active Building Envelope (ABE), eines ,intelligenten’ Systems, das mittels Sonnenenergie Hauswände sowohl beheizen, als auch zum Kühlen nutzen kann. Die integrierten Solarzellen versorgen dabei eine Reihe von integrierten thermoelektrischen Wärmepumpen, die in Wänden, Fenstern oder auf dem Dach installiert werden können. Eine Energiezwischenspeicherung ist ebenfalls vorgesehen. Durch eine dreijährige Förderung der National Science Foundation ab 2005 soll das System durch den Einsatz neuer Dünnschichtfilme weiter optimiert werden.

Im gleichen Jahr entwickelt die Dresdner Firma Solarwatt besondere Solarmodule, die auch in moderne Glasfassaden und Dächer integriert werden können. Die neuen, transparenten Module sind so konstruiert, daß sie genug einfallendes Tageslicht hindurchlassen, ohne zu Leistungseinbußen zu führen. Das Konstruktionsprinzip ist einfach – anstatt einer lichtabweisenden Folie wird eine Glasscheibe an die Rückseite des Moduls montiert. Durch die Abstände zwischen den Solarzellen kann nun das Tageslicht hindurchdringen. Die Verbund-Doppelscheibe gibt den Modulen zudem eine erhebliche Stabilität. Aufgrund der rahmenlosen Konstruktion und einer Teillichtdurchlässigkeit von ca. 18 % sind die Module besonders geeignet für Dachintegrationen, Verschattungsanlagen, Verglasungen, Überdachungen und Vorhangfassaden.

Im April 2004 wird mit dem sechsstöckigen Devonshire Building auf dem Campus der University of Newcastle ein neues Wahrzeichen eingeweiht, dessen Design die Zielsetzung zugrunde liegt, so viel Tageslicht einzubeziehen wie physikalisch nur möglich ist. Das von Steve Halsall und dem Architekturbüro Dewjoc entworfen solare Bauwerk beschattet sich automatisch selbst, indem ein intelligentes System die Quantität der Sonneneinstrahlung mißt, und unter Berücksichtigung der Tageszeit und Saison Reihen von Sonnenschutzlamellen an seiner Südfassade entsprechend öffnet bzw. schließt, die eine Überhitzung verhindern. Hersteller dieses Blenden-Systems ist die in Middlesex beheimatete Firma Levolux.

Zur zusätzlichen Kühlung wird ein geothermisches System eingesetzt, und auf dem Dach des Gebäudes sind Solarmodule mit einer Leistung von die 25 kW installiert. Die große, abgerundete Dachfläche wird zum sammeln von Regenwasser genutzt, das in einem 20.000 Liter fassenden Erdtank gespeichert wird. Ist dieser voll, wird das Wasser in einen 40.000 Liter Erdwärme-Tank geleitet, um das Wasser einer Kältesenke aufzufüllen, die als Kühlquelle des Gebäudes dient.

Das Devonshire Building ist die neue Heimat des Instituts für Forschung und Nachhaltigkeit der Universität sowie des regionalen E-Science Centres.

Kai Wai Grundschule

Kai Wai Grundschule

Mit dem nach dreijähriger Bauzeit im August 2004 abgeschlossenen Ma Wan School Project in Hong Kong wird ein vorbildliches Beispiel gegeben, wie sich Solarzellen optimal in ein Gebäude integrieren lassen (Building-integrated solar photovoltaics, BIPVs). Beim Bau der CCC Kei Wai Grundschule auf der Insel Ma Wan werden Dächer und Fassaden mit PV-Paneelen ausgerüstet, während die Oberlichter aus in Glas eingebetteten Dünnschicht-Solarzellen bestehen. Mit der Gesamtleistung von 40 kW soll die Schule etwa 10 % ihres Stromverbrauchs decken können.

Das vom Hong Kong Innovations- und Technologiefonds und dem CLP Research Institute geförderte Schulprojekt dient gleichzeitig der Forschung, um verschiedene PV-Technologien miteinander zu vergleichen. Das Netz-verbundene System nutzt drei unterschiedliche Arten von Solarzellen: Kupfer-Indium-Diselenid-Zellen (CIS) auf dem Dach, Zellen aus amorphem Silizium (a-Si) auf den Vordächern und an der Fassade, sowie polykristalline Zellen (p-Si) in den Oberlichtern. Insgesamt werden 835 Module mit einer Gesamtfläche von 698 m2 eingebaut.

Im August 2004 stellt die japanische MSK Corporation ein ‚Baumaterial’ mit dreifacher Nutzung vor. Die PV TV-Solarpanele erzeugen Strom (3,8 W pro Quadratfuß, d.h. ~ 930 cm2), können als Glasfenster genutzt werden und dienen gleichzeitig als Video-Displays. Besonders interessant ist die Fenster-Funktion, da hierbei bis zu 90 % des einfallenden Lichtes absorbiert werden können – wodurch die Fenster auch als Jalousien und sogar als teiltransparente Wände genutzt werden können. Als Preis werden 45 $ pro Quadratfuß genannt. Über einen Einsatz in den Folgejahren kann ich allerdings nichts finden.

2004 gründet der auf Sonnen- und andere Niedrigstenergiehäuser spezialisierte Architekt Georg Dasch das Sonnenhaus-Institut in Straubing. Er hat bereits rund 20 weitgehend solar beheizte Häuser errichtet. Die Komponenten des Sonnenhauses Straubing sind ein großer Sonnenkollektor, die passive Sonnenenergienutzung, Wärme aus der Sonnenwand, ein Solarspeicher. eine Nachheizung mit Stückholz oder Pellets und eine Fußbodenheizung.

Unter dem Motto „Wir zeigen, was möglich ist!“ entwickelt der Bauherr Willi Ernst zusammen mit dem Architekten Franz-Josef Huxol ein innovatives Gesamtkonzept.

Mit ihrem im November 2004 im Paderborner ÖkoPark Dören bezogenen Biohaus-Neubau setzt die Biohaus PV Handels GmbH ein Zeichen in Sachen nachhaltigen Bauens, denn das Nullenergie-Bürogebäude integriert eine Solarstrom-Fassade mit Modulen namhafter Hersteller, ein Solardach in Dünnschicht-Technik, nachgeführte Module sowie Vakuum-Röhrenkollektoren. Biohaus nutzt das Gebäude als Solar-Info-Zentrum für Schulungen und Veranstaltungen im professionellen und energiepolitischen Umfeld.

Biohaus

Biohaus

An und auf dem Gebäude sind diverse Photovoltaik-Teilanlagen installiert: Das Solardach mit einer Leistung von 0,62 kW, eine nachgeführte Solarstromanlage mit 2,28 kW, ein dachparalleles Modulfeld mit 2,16 kW sowie die Solarfassade mit 3,33 kW. Hier sind elegante und effektive SunPower-Solarzellen, transparente Zellen der Sunways AG und die 8-Zoll-Hochleistungsphotovoltaikzellen der Q-Cells AG in trauter Eintracht, aber ästhetisch gegeneinander abgesetzt, integriert.

Das Gebäude hat eine Solar-Doppelfassade, durch die ein natürlicher Energieeintrag in das Gebäude sichergestellt ist. Die dem Gebäude vorgesetzte Fassade wirkt hinsichtlich der Wärme- und Lüftungssteuerung als ‚maurisches Kühlungssystem’, wie es in mediterranen Regionen häufig anzutreffen ist. In die Fassade integriertes, hochtransparentes Glas optimiert die Energiebilanz, so daß auf Passivfenster verzichtet werden kann. Die auf einem Erdreich-Sole-Wärmetauscher basierende Hauslüftung ergänzt das innovative Gesamtkonzept und erlaubt den Verzicht auf eine aktive Klimaanlage. Die Solarwärme wird von 4,4 m2 Paradigma-Röhrenkollektoren geliefert.

Im Jahr 2004 wird im indischen Haiderabad das Sohrabji Godrej Green Business Centre eröffnet, in dem sich die Büros der Confederation of Indian Industry (CII) sowie eines öffentlich-privaten Ventures zwischen der Regierung von Andhra Pradesh und der Godrej & Boyce Mfg Ltd. befinden. Das Gebäude aus Kreissegmenten, die um einen Innenhof angeordnet sind, nutzt neben Photovoltaik-Arrays noch diverse andere grüne Techniken wie Abwasserrecycling, Gründächer usw.

Sohrabji Centre

Sohrabji Centre

Ebenfalls im Jahr 2004 beginnt sich der US-Architekt Terry Oaten mit der Optimierung von Wärme- und Kühlkreisläufe in Wohngebäuden zu beschäftigen. Im Juni 2007 präsentiert er einen Mikroprozessor, der Thermostat-gesteuert die entsprechenden Prozesse optimiert. Gemeinsam mit seinem Partner Geoff Stanistreet beantragt er ein entsprechendes Patent für das Smart Breeze-System, das neben dem Chip aus einem PV-Panel, einer Batterie und einem kleinen Ventilator besteht, der immer dann anspringt, wenn irgendwo Wärme zu- oder abgeführt werden muß. Bei Versuchen stellt sich heraus, daß mit dieser simplen Technologie bis zu 40 % Energie eingespart werden kann.

Im September 2005 stellen drei sächsische Firmen in Freiberg das Energetikhaus100 vor, bei dem die Sonne auch im Winter mindestens 90 % der Energie für Warmwasser und Heizung liefert, und das mit Unterstützung der Technischen Universität Bergakademie Freiberg entwickelt wurde.

Das Gesamtkonzept, dessen geistiger Vater Prof. Timo Leukefeld ist, stammt von dem Bauunternehmen Fasa AG, langjährig erfahren im Bau von Solarhäusern und bei der denkmalgerechten Altbausanierung, und kombiniert mehrere Möglichkeiten, die Sonnenwärme zu nutzen. So sind die optimale Dachform sowie die Ausrichtung und Plazierung der Fenster genau berechnet. Das Solardach und die dazugehörigen Speicher plant und installiert die Freiberger Firma Soli fer Solardach GmbH. Flachs als Dämmstoff senkt die Wärmeverluste. Bei den Ziegeln des Ziegelwerks Freital Eder sorgen Mikroporen und ein spezielles Lochbild für gute Dämmeigenschaften der 36 cm dicken Außenwände.

Das Energetikhaus100 hat in seiner Basisversion auf zwei Etagen rund 130 m2 Wohnfläche. Kern des Ganzen ist ein Warmwasser-Pufferspeicher mit 28 m3 Inhalt – der in der zentralen Achse des Gebäudes untergebracht ist. Am Eigenheimstandort Talblick in Berthelsdorf bei Freiberg in Sachsen, und unter Anwesendheit des sächsischen Umweltministers Stanislaw Tillich, erfolgt Ende April 2006 die feierliche Einweihung des ersten Energetikhaus100.

Bei diesem wird die Energie für Heizung und Warmwasser sogar zu 95 % von der Sonne geliefert, der Rest kommt von einem Holz-Kaminofen. Hierfür ist das Dach steil nach Süden ausgerichtet (70°) und mit 69 m2 Kollektorfläche bestückt. Herzstück des Gebäudes ist wiederum der 8,50 m hohe saisonale Langzeit-Solarspeicher, der über drei Etagen reicht. In dieser Ausstattung und Größe kostet das Energetikhaus100 schlüsselfertig 210.000 €.

Helma-Haus

HELMA-Haus

In Vorwegnahme der weiteren Berichterstattung über Solarhäuser möchte ich an dieser Stelle ein weiteres ‚Kind’ von Prof. Leukefeld vorstellen, das HELMA-Haus, das im Mai 2011 in Lehrte/Hannover eingeweiht wird.

Das energieautarke Haus, Ergebnis einer 2009/2010 erfolgten Kooperation zwischen den drei Firmen HELMA Eigenheimbau AG aus Lehrte, Soli fer Solardach GmbH aus Freiberg und SunStrom GmbH aus Dresden, gilt als das erste bezahlbare energieautarke Haus Deutschlands bzw. Europas.

Es ist mit einem 9,3 m3 Langzeitwärmespeicher (Wasser) und 46 m2 Kollektorfläche ausgestattet. Aufgrund des selbst erzeugten Stroms (Photovoltaik + Batteriespeicher), braucht das Haus im Prinzip keinen Stromnetzanschluß mehr und kann darüber hinaus das Elektroauto der Familie mit selbst erzeugtem Strom laden. Zusätzlicher Wärmebedarf wird ein Stückholz-Brenner eingesetzt. Mit seinen zirka 162 m2 Wohnfläche wird das energieautarke Haus schlüsselfertig 363.000 € kosten.

Mitte September 2005 feiern 27 Familien und die beteiligten Baufirmen mit einem Richtfest den Abschluß der Rohbauarbeiten am Passivhaus EUREKA im Freiburger Stadtteil Vauban. Das 6,5 Millionen € teure Gebäude ist mit knapp 3.000 m2 Wohnfläche das größte Passiv-Mehrfamilienhaus in Baden. Das fünfgeschossige Riegelgebäude unterschreitet den Wärmebedarf eines Niedrigenergiehauses um fast 70 %. Sonnenkollektoren und Fernwärme versorgen es mit günstiger Energie für Heizung und Warmwasser. Ganze 30 € im Monat muß eine Familie für ihre 120 m2 große Wohnung an Heizkosten zahlen. Eine Solarstromanlage auf dem Dach sorgt durch die Einspeisevergütung für zusätzliche Erlöse.

Als ‚Anlage des Monats’ kürt solarserver.de im September 2005 das von Frank Ruppenthal entwickelte und verwirklichte Solarhaus der Hieronimi regenerative Energien GmbH mit Sitz in Cochem an der Mosel. Das sehr mediterran wirkende Schrägflachdach-Gebäude soll das erste sein, das seine Herstellungskosten mit der Sonne verdient – durch die Einspeisevergütung seiner 25 kW Solarstromanlage.

Das Solarhaus Hieronimi steht in Brauneberg an der Mosel und ist ein modernes Niedrigenergiehaus in Massivbauweise, dessen Energieverbrauch wird zu 100 % mit regenerativen Energien gedeckt wird. Geheizt wird mit einer Pellets-Zentralheizung, die durch Sonnenkollektoren mit einer Fläche von 8 m2 unterstützt wird. Das nicht unterkellerte Haus hat über 149 m2 Wohnfläche, eine 24 m2 große Garage sowie 40 m2 Wohnraum im Galeriegeschoß.

Patchworkhaus

Patchworkhaus

Ein weiteres, erwähnenswertes Solarhaus ist das Patchworkhaus des Architekturbüros Pfeifer Roser Kuhn Architekten, das nach zweijähriger Bauzeit 2005 bezogen wird. Es ist energetisch betrachtet hochgradig flexibel und kann sich gut den Witterungsverhältnissen anpassen. Räumlich setzt sich das Haus aus Speichermasse, Energieraum und Hülle zusammen. Diese besteht aus Polycarbonat-Mehrkammerstegplatten, die einerseits Licht- in Wärmeenergie umwandeln, andererseits einen guten U-Wert aufweisen. Zusammen mit der Speichermasse wirkt die Hülle außerdem als Luftkollektor.

Am zweiten Solar Decathlon Wettbewerb 2005 beteiligen sich College- und Universitätsteams aus den USA, Puerto Rico, Kanada und Spanien. Das Ergebnis spricht für den Vorsprung der amerikanischen Universitäten – der aber beim dritten Wettbewerb 2007 nicht mehr gehalten werden kann (s.u.). Die diesmaligen Gewinnerteams sind:

  • 1. Platz: University of Colorado, Denver and Boulder
  • 2. Platz: Cornell University
  • 3. Platz: California Polytechnic State University

Im Oktober 2005 wird der 9 m hohe Solarspeicher in das erste zu 100 % solar beheizte Massivhaus des Sonnenhaus-Architekten Georg Dasch eingesetzt. Mit einem Volumen von 39.500 l wird der Stahltank mit integriertem Trinkwasserboiler die Heizenergie für 186 m2 beheizte Wohnfläche speichern. 84 m2 Sonnenkollektoren auf dem Süddach des Hauses liefern die Wärme, die bei Bedarf über Wandflächenheizungen im Haus verteilt wird.

Swiss Solartank

Swiss-Solartank

Wie mächtig diese Speichertanks sein können, macht das Foto klar, auf dem ein Swiss-Solartank der Firma Jenni Energietechnik AG mit 205 m3 Fassungsvermögen, einem Durchmesser von 4 m und einer Länge von fast 17 m mit reiner Muskelkraft zum Aufstellungsort gezogen und aufgestellt wird!

Bauherr, Familien, Nachbarn – alle werden aufgerufen, mit Hand anzulegen ... ein viel schönerer und auch weit früher stattfindender Ritus als das übliche Richtfest, wie ich finde. Das Einfamilienhaus von Jakob Lehner im Regensburger Stadtteil Burgweinting ist zudem aus den neuen Wärmedämmziegeln Poroton T8 der Firma Schlagmann erbaut, welche die im konventionellen Bau sonst erforderliche, zusätzliche Wärmedämmung überflüssig machen.

2005 kommen verschiedene Firmen mit Solarschindeln und photovoltaischen Dachabdeckungen auf den Markt, darunter die in meinen Augen besonders ästhetischen Sunslates der 2002 gegründeten Atlantic Energy Systems aus Sacramento, Kalifornien, die in horizontalen Reihen verlegt werden.

Von dem britischen Architekturbüro Sybarite UK Ltd. in London stammt der 2005 veröffentlichte Entwurf des Palm Tower für Dubai, der vom Stamm einer Traveller Palme (Ravenala madagascariensis) inspiriert ist und einige Elemente ihrer Natur nachahmt. Die charakteristischen Lamellen, die sich um die Struktur winden, beschatten das Innere vor der intensiven Wüstensonne, die Fenster sind dreifach verglast, Wärme reflektierend und aus Solarstrom-Glas hergestellt, was das Gebäude besonders energieeffizient macht.

Palm Tower Grafik

Palm Tower
(Grafik)

Die zentral gelegene Vertikalzirkulation und der sogenannte Dienstleistungskern ergeben völlig unterbrechungsfreie Etagenebenen, die beim Grundriß und bei der Nutzung des Raumes eine große Flexibilität erlauben. Der Kern unterstützt auch einen nach oben führenden Luftstrom, wodurch ein natürliches Belüftungssystem entsteht.

Im November 2005 beginnt der Co-operative Insurance Tower in Manchester (auch als CIS Tower bekannt) Strom von seiner 21 kW PV-Fassade ins öffentliche Netz einzuspeisen. Das 1962 gebaute 118 m hohe Gebäude war im Zuge einer Renovierung mit einer 5,5 Mio. £ teuren Fassade aus 7.244 Solarpaneelen versehen worden – es handelt sich um das bislang größte Solarprojekt in Großbritannien, das pro Jahr 180.000 kWh erwirtschaften soll.

Ende November 2005 bezieht Eric Doub mit seiner Familie ihr neugebautes Haus mit dem malerischen Namen Solar Harvest.

Doub, Inhaber der Firma EcoFutures in Boulder, Colorado, hatte (inkl. Landkauf) 1,38 Mio. $ in de Bau des zweistöckigen Wohngebäudes mit 5 Schlafzimmern investiert, das er mit PV-Panelen und Solarkollektoren bepflanzt. Als Endabrechnung des Jahres 2006 bekommt er von seinem Stromversorger Xcel Energy einen Scheck über 8,45 $ - den er sich gerahmt ins Wohnzimmer hängt.

Solar Harvest

Solar Harvest

Im Öko-Park Dören eröffnet das Paderborner Unternehmen Biohaus im Dezember 2005 Deutschlands erste Solardachziegel-Ausstellung mit Exponaten verschiedener internationaler Hersteller. Biohaus selbst stellt inzwischen ebenfalls Solardachziegel her. Diese werden seit Anfang der neunziger Jahre von verschiedenen Herstellern entwickelt und verkauft, wobei sich die Leistung der angebotenen solaren Dachpaneele von 3 W pro Element in den Anfangstagen auf mittlerweile 200 W erhöht hat.

Auch bei großen Gebäuden kommt die Photovoltaik zunehmend zum Einsatz. 2005 schreibt der von E.ON Bayern betreute Solarenergieförderverein Bayern e. V. zum dritten Mal einen Wettbewerb für solare Energiearchitektur aus. Diesmal werden sieben Preise in Höhe von insgesamt 27.000 € vergeben. Den 1. Preis (15.000 €) erhalten rolf + hotz architekten, Freiburg, für die Integration einer fassadenhohen 51 kW Photovoltaikanlage mit einer Fläche von 230 m2 im Rahmen der Sanierung von zwei neungeschossigen Mehrfamilienhäusern mit je 48 Wohneinheiten in Freiburg.

Die fünf Anerkennungspreise (je 2.000 €) gehen an die Turnhalle an der Grundschule Burgweinting (10,07 kW, 117 m²), den Siloturm Schapfenmühle, Ulm (97,95 kW), die TÜArena, Tübingen (43,7 kW, 525 m2), das Schulzentrum ‚Am Spalterhaus’, Barsinghausen (60,6 kW, 937 m2) und an das Geschäftshaus ZARA, Köln (12 kW). Einen zusätzlichen Sonderpreis, ebenfalls mit 2.000 € dotiert, vergibt die Jury an ein Einfamilienhaus in Hegenlohe.

Siloturm Schapfenmühle mit Solarfassade

Siloturm Schapfenmühle

Da die Kreditanstalt für Wiederaufbau bestimmte Anforderungen an Energiesparhäuser stellt und im Falle ihrer Erfüllung den Bau mit zinsgünstigen Darlehen von 50.000 € fördert, verkauft der Massivhaus-Anbieter IBG-Haus seine zehn Haustypen ab 2006 wahlweise auch als Energiesparhaus Typ KfW 60. Zum Einsatz kommen ein Erdwärmesystem, großflächige, nach Süden ausgerichtete Fensterflächen, Sonnenkollektoren, zusätzliche Dämmungen und eine Lüftungsanlage.

An einem Zero Energy House 1, speziell für das Klima in Chicago mit seinen sehr kalten Wintern und feucht-heißen Sommern, arbeitet 2005 das Architekturbüro Zoka Zola. Es handelt sich um eine Projektstudie, die 2007 tatsächlich auch umgesetzt wird. Die Solarenergie wird nur passiv genutzt, aber auf dem Dach wird dafür ein horizontal liegender Darrieus-Rotor installiert.

Im April 2006 wird bekannt, daß der Motorrad-Hersteller Yamaha eine Kunststoffbeschichtung aus phosphoreszierenden Materialien entwickelt hat, die tagsüber Sonnenlicht einfängt dieses nachts in Form eines sanften Leuchtens wieder abgibt. Die neue Beschichtung soll besonders kleinere Fahrzeuge bei Dunkelheit besser sichtbar und damit sicherer machen. Mit einem speziellen Vakuum-Druck-Verfahren kann ein sehr dünner und glatter Kunststoff-Film auch auf stark gebogene Verkleidungsteile aufgebracht werden. Zum Einsatz kommen soll die neue Technologie beim elektrischen Motorroller EC-02 (s.u. Elektrische Mobilität 2007). Als Weiterentwicklungen sind aber auch Außenpaneele, Terrassenböden, Wegbeleuchtungen und ähnliches denkbar, weshalb ich die neue Beschichtung auch an dieser Stelle erwähne.

Die Firma Von Waitzische Beteiligungen entwickelt 2006 gemeinsam mit der Universität Kassel und mit finanzieller Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) aktive Fenster, bei denen winzige Spiegel zwischen der ansonsten konventionellen Doppelverglasung das Tageslicht gezielt in den Raum lenken, etwa an die Decke, aber ansonsten für Schatten im Büro sorgen. In den Räumen bleibt es auch ohne direkte Sonneneinstrahlung taghell, was hilft, bis zu 20 % des elektrischen Lichtes zu sparen und die Klimaanlagen zu entlasten.

Die bislang teure Technik der sogenannten Mikrospiegelarrays, wie sie bereits in Beamern oder Scannern verwendet wird, ist wiederum Ziel einer Weiterentwicklung des Instituts für Nanostrukturtechnologie und Analytik (INA) der Universität Kassel, wobei die Module hier in mehreren Beschichtungs-, Druck- und Ätzschritten hergestellt werden. Die aktiven Fenster sind einfach und kostengünstig im Aufbau, wartungsarm und langlebig. Es ist geplant, die Miniatur-Spiegel elektrisch anzusteuern, wobei ein Sensor das Tageslicht außerhalb der Fenster analysiert und die Spiegel dann gruppenweise neu ausrichtet.

Im Mai 2006 gibt das Solarunternehmen Jenni Energietechnik AG bekannt, daß man im Schweizer Oberburg das erste ausschließlich solar beheizte Mehrfamilienhaus Europas baut. 276 m2 Sonnenkollektoren liefern ihre Wärme an einen 205.000 l großen Solarspeicher, der in der Mitte des Gebäudes steht und das bis zu 95°C heiße Wasser für die Wintermonate speichert. Das Gebäude kommt dadurch ohne Zusatzheizung aus.

Jenni-Solarhaus

Jenni-Solarhaus

Neben dem zentralen Warmwasserspeicher ist das Gebäude auch bezüglich des Energieverbrauchs und Komforts im Lüftungs-, Außenlärm- und Heizungsbereich auf dem neuestem Stand der Technik angelegt. Das 100 % Solar-Mehrfamilienhauses wird im August 2007 eingeweiht.

Das staatliche Standardisierungsgremium NIST in den USA beginnt im Sommer 2006 mit einem 15 Monate langen Test, um die Leistung von neun verschiedenen Solarziegel-Produkten zu vergleichen. Die Ziegel mit den integrierten Solarzellen sind seit rund drei Jahren auf dem Markt.

Das Sonnenschiff von Rolf Disch gilt bei seiner Eröffnung 2006 in Freiburg als das weltweit erste kommerzielle Plusenergie-Dienstleistungszentrum. Auf dem Gebäude, das direkt neben der Solarsiedlung Freiburg steht (s.u.), wird Sonnenstrom gewonnen, und an der Bugspitze des Sonnenschiffs sorgt eine eher symbolhafte Kleinwindanlage für zusätzlichen regenerativen Strom.

Außerdem gewährleisten modernste Gebäudetechnologien optimale Energieeinsparungen. Die Außenwände, Brüstungen und Lüftungsklappen des Büro- und Geschäftsgebäudes sind vakuumgedämmt, und die große Masse des Gebäudes wird als Speicher für Wärme bzw. Kälte genutzt. Die Außenwände sind großflächig mit raumhohen, stark isolierten Spezialfenstern verglast, und in den Decken und Wänden befinden sich zusätzliche Latentwärmespeicher (Kälteakkus). Dazu gibt es ein einzigartiges Lüftungssystem mit Wärmetauscher. Das Sonnenschiff gewinnt schon während seiner Planungsphase den Europäischen Solarpreis 2002 – dem sich bis 2008 fünf weitere hohe Ehrungen anschließen.

Die Solarsiedlung Freiburg (Am Schlierberg) gilt mit über 210 Plusenergie-Häusern und -Wohnungen (von 75 m2 bis 260 m2 Wohnfläche) bei ihrer Fertigstellung 2007 als größte solare Wohnsiedlung Deutschlands. Über solche Solarsiedlungen berichte ich weiter unten noch ausführlicher.

Tree Tower Grafik

Tree Tower
(Grafik)

Im Herbst 2006 fordert das Fortune Magazine die Architekten William McDonough & Partners dazu auf, ihre Vision eines Gebäudes der Zukunft zu konkretisieren. Das Ergebnis ist eine Struktur in Form einer großen Kegelschnecke, die nicht nur umweltfreundlich ist, sondern die Natur sogar nachahmt, indem sie Sauerstoff produziert, Wasser destilliert und Energie erzeugt. Der Entwurf wird daher auch Tree Tower genannt.

Das Gebäude besitzt Solarzellen, mit Bäumen bepflanzte Terrassen, die Wasser wiederaufbereiten, sowie eine dünne ‚intelligente’ Haut, die sie wie ein lebender, atmender Organismus der Sonne und dem Wind anpaßt. Die bis zu 34.000 m2 PV-Module sollen genug Energie sammeln, um bis zu 40 % des Strombedarfs zu decken, währen die Beheizung des Gebäudes anteilig durch eine geothermische Heizung erfolgt.

Ein wesentliches Element beim solaren Bauen könnte in Zukunft auch lichtdurchlässiger Beton spielen, dessen Idee ursprünglich von dem ungarischen Architekten Áron Losonczi stammt. Er entwickelt den transparente Baustoff bereits 2001, nennt ihn Light Transmitting Concrete (Litracon) und stellt ihn in seiner Firma Litracon Kft. in Csongrád, Ungarn, auch selbst her, aus feinkörnigem Beton und einem 4%-igen Anteil Glasfasermatten, die schichtweise in vorgefertigten Formen gegossen werden. Dafür erhält er verdientermaßen 2005 den red dot: best of the best award, 2006 den Designpreis Deutschland sowie den LEAF Award, und 2008 den iF Material Award. Mittlerweile ist der transparente Beton in verschiedenen vorgefertigten Größen mit Dicken zwischen 2,5 und 10 cm erhältlich.

In Österreich gibt es seit 2006 die Luccon Lichtbeton GmbH in Klaus/Vorarlberg, die den lichtdurchlässigen Beton Luccon, eine zusätzliche gedämmte Version Luccotherm sowie den vielseitigsten Baustoff Luccon veneer anbietet, in den Stärken 1,8 / 2,8 / 3,8 cm. Dieses Unternehmen gewinnt 2010 den Red Dot Design Award und den Innovationspreis Voralberg, und 2011 mit dem Staatspreis Innovation sogar die höchste Auszeichnung der Republik Österreich für ein österreichisches Unternehmen.

In Deutschland wird das Produkt von der HeidelbergCement AG vertrieben, im September 2006 mit einem neuen Herstellungsverfahren die Serienproduktion startet. Entscheidender Bestandteil dieses Betons sind hochwertige optische Fasern, die gerichtet in einen Betonblock eingebaut werden. Wird der Block dann in Scheiben geschnitten, verlaufen die Fasern von der einen Plattenseite zur anderen und leiten das Licht hindurch. Die annähernd verlustfreie Lichtleitung ermöglicht es selbst bei größeren Wanddicken, Licht, Schattenwürfe oder sogar Farben zu sehen. Als Fassadenelement eingesetzt entstehen sowohl tagsüber als auch nachts interessante Lichteffekte.

Florack-Beton

Florack-Beton

Nach einer mehrjährigen Entwicklungsphase stellt seit Anfang 2007 auch die Heinsberger Firma Florack Bauunternehmung GmbH transluzenten Beton in Serie her. Schon ein Jahr später erhält das Unternehmen den ersten Auftrag – für das Ehrenmal der Bundeswehr in Berlin.

Wissenschaftler des japanischen National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) präsentieren im Dezember 2006 ein umschaltbares Glas, das zwischen den zwei verschiedenen Zuständen transparent und spiegelnd wechseln kann. Dies wird durch eine 40 Nanometer dicke Magnesium-Titan-Beschichtung sowie eine 4 Nanometer dicke Palladium-Beschichtung erreicht. Sobald nämlich eine kleine Menge Wasserstoff zwischen die beiden Scheiben eingeführt wird, werden diese transparent. Wird statt dessen ein wenig Sauerstoff eingeleitet, bildet sich eine spiegelnde Oberfläche, sodaß der Benutzer das Glas durch die Zufohr der unterschiedlichen Gase hin und her schalten kann. Das neue Glas soll außerdem Energieeinsparungen bei der Klimatisiertung um bis zu 30 % ermöglichen.

Da häufiges Schalten derzeit zu einer relativ raschen Verschlechterung der seit 2002 in der Entwicklung befindlichen Technologie führt, gibt es für die AIST-Forscher der Energy Control Thin Film Group um Kazuki Yoshimura aber noch einiges zu tun, um die Haltbarkeit zu erhöhen, bevor an eine Kommerzialisierung gedacht werden kann.

Freundlicherweise erwähnen die Wissenschaftler in ihrem Bericht auch die technischen Vorläufer: 1996 entwickelte eine Forschungsgruppe in den Niederlanden dünne Filme auf der Basis von Yttrium und Lanthan mit einer dünnen Schicht aus Palladium, welche durch eine Hydrierungs- bzw. Dehydrierungs-Reaktion zwischen dem transparenten und dem reflektierenden Status wechseln konnte. Zur industriellen Anwendungen taugte dies jedoch nicht, da diese Elemente selten und teuer sind. Eine Forschungsgruppe am Lawrence Berkeley National Laboratory in den USA entwickelte wiederum einen schaltbaren Dünnschicht-Spiegel aus einer Magnesium-Nickel-Legierung, der jedoch auch in transparentem Zustand eine dunkelbraune Farbe und schlechte optische Eigenschaften aufwies.

Okhta Tower Grafik

Okhta Tower
(Grafik)

Ebenfalls im Dezember 2006 wird das Konzept eines grünen Hochhauses für St. Petersburg vorgestellt. Der von dem internationalen Architekturbüro RMJM entworfene Okhta Tower soll ab 2016 die zukünftige Zentrale der bekannten Gazprom Neft werden. Vielleicht hat man sich deshalb für dieses Design entschieden, das wie eine 403 m hohe, schlanke und spitze Gasflamme aussieht?

Das Exoskelett wird aus zwei Schichten einer satiniertem ‚Glashaut’  bestehen, mit Atrien zwischen den Innen- und Außenwänden. Diese Pufferzone wird das 77-stöckige Gebäude mit natürlicher Belüftung und Sonnenlicht für die Innenbeleuchtung versorgen, während es gleichzeitig als thermische Isolierung dient, welche die Struktur im russischen Winter auch bei -30°C warm hält.

Nach den inzwischen üblichen Verzögerungen durch irgendeine der diversen Finanz- oder Wirtschaftskrisen wird Ende 2010 bekannt, daß die Errichtung des – im Falle seines baldigen Baus – höchsten Gebäudes in Europe nach Protesten der Stadtbevölkerung aus dem Zentrum in die Außenbezirke der Stadt verschoben werden soll. Im April 2011 verlautet sogar, daß der neue Gazprom-Tower möglicherweise nun doch nicht nach dem Entwurf von RMJM Architects gebaut werden solle – es ist also alles wieder offen.


Weiter mit den Solarhäusern und solaren Bauelementen ab 2007...