Heizkosten sparen: solar beheizbare Fensterscheiben

Wir informieren euch hier auf dem Blog zwischendrin auch immer wieder gerne mal über frische Forschungsergebnisse zu Solarenergie, die zum Heizen genutzt wird. Die jüngste Arbeit eines Forscherteams von Universitäten aus Schweden (Uni Gothenburg und Uni Norrköping), China (Uni Beijing), dem Iran (Uni Tehran) und den USA (Stanford Uni) zeigt einen Weg, wie sich herkömmliche Fensterscheiben als solar beheizbare Fensterscheiben nutzen lassen, um Heizkosten zu sparen. 

Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler im Magazin “Nano Letters” (DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b02962, Publication Date (Web): October 9, 2017). Demnach basiere das Konzept auf winzigen Nano-Antennen (auf Englisch: “nanoplasmonic antennas”), die wegen ihrer spezifischen Eigenschaften besonders viel natürliches Sonnenlicht absorbieren würden. Bringe man die Nano-Antennen auf Glas auf, könnten sie die Temperatur um bis zu zehn Grad Celsius erhöhen. Fenster, so schreiben die Forscher, würden somit zu beheizbaren Solaroberflächen, die dazu beitragen könnten, die Heizkosten eines Haushalts spürbar zu senken.

Fenster sind oft unerwünschte Wärmebrücken

Ein energetisch optimal aufgestelltes Haus punktet mit einer Gebäudehülle, über die wertvolle Heizwärme nicht verloren geht. Deshalb sind auch die Fenster als konzeptioneller Teil der energiedichten Hülle wärmedämmend. Doch noch sind längst nicht alle Häuser in Deutschland auf dem Stand der höchsten Energieersparnis. Stattdessen verlieren viele Häuser, gerade im Bestand, wertvolle Heizwärme über ihre Fenster. Wer mehr dazu wissen will, schaut mal in die Tabelle, die das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie hier zu den U-Werten (U-Wert = Wärmedurchgangskoeffizient) alter Fenster zeigt.

Kalte Fenster hätten Alexandre Dmitriev vom Department of Physics der Universität Göteborg zufolge eine größere Auswirkung auf die Heizkosten, als viele vielleicht annehmen würden. Wenn eine Person neben einem kalten Fenster sitze, gebe sie ihre Körperwärme ab und das Fenster agiere wie ein Wärmeableiter. Um den Wärmeverlust auszugleichen, müsse die Heizung im Raum konstant höher eingestellt werden. “Mithilfe unserer neuen Fensteroberfläche kann die Temperatur des Glases um einige Grad angehoben werden, was zu einer großen Reduktion der Energiekosten führen kann”, sagt der Forscher.

Solar beheizbare Fensterscheiben: einfach, kostengünstig und  effizient

“Wir haben eine überraschend einfache, kostengünstige und effiziente Methode entwickelt, um herkömmliche Fensterscheiben aus Glas in solarbetriebene Hitzestrahler umzufunktionieren”, sagt Dmitriev weiter. Obwohl es sich bei der Forschung noch um Grundlagenforschung handele, könnte die neue Technologie ihm zufolge in der Praxis Verwendung finden: Denn damit lasse sich das Temperaturniveau von Wohn- und Arbeitsumgebungen signifikant verändern. Man müsse sich nur einmal überlegen, so Dmitriev, wie viele Glasflächen heute in der modernen Architektur eingesetzt würden.

Dem Wissenschaftler zufolge gebe es nicht nur solar beheizbare Fensterscheiben, sondern viele weitere sinnvolle Anwendungsmöglichkeiten: Die Nanostrukturen, die das internationale Forscherteam verwendete,

• seien modular nutzbar,
• ließen sich auf den unterschiedlichsten Oberflächen anbringen
• und könnten so eingestellt werden, dass sie Licht verschiedener Wellenlängen absorbieren würden.

Diese Vorteile würden ein breites Anwendungsgebiet versprechen.

Im Grunde, so betont Dmitriev, könnten die Forschungsergebnisse überall dort von Nutzen sein, wo man großen Wert auf bestimmte thermische Eigenschaften lege, zum Beispiel auch bei der Isolation radioaktiver Kühlsysteme.

Über die Nano-Antennen für solar beheizbare Fensterscheiben

Die winzige Nano-Antennen bestünden aus mehreren Schichten von Nickel und Aluminiumoxid und würden sich demnach in verschiedenen Anordnungen auf Glasflächen und anderen Materialien anbringen lassen. Durch Elektronenoszillation auf der Oberfläche dieser speziellen Strukturen, können die Antennen sehr viel Licht absorbieren, was wiederum dazu führe dass sich die gesamte Glasfläche erhitzt.

Foto: fridarika / photocase