Arno Schlüter, Forscher und Dozent an der ETH Zürich, hat mit seiner Arbeit an der adaptiven Solarfassade Solskin solarintegrierte Gebäudesysteme weiterentwickelt. Dieses System vereint Stromerzeugung, Temperaturregulierung und architektonische Ästhetik und wurde unter anderem mit dem Schweizer Energiepreis 2023 ausgezeichnet.

Akademische Führung und Systemgestaltung

Schlüter leitet die Forschungsinitiativen der ETH Zürich zu energieeffizienten Strukturen und arbeitet mit Ingenieuren und Designern zusammen, um Herausforderungen der urbanen Nachhaltigkeit anzugehen. Der Ansatz seines Teams kombiniert computergestützte Modellierung mit physischer Prototypenerstellung: Die Solskin-Fassade ahmt das Verhalten von Sonnenblumen nach, um die Sonneneinstrahlung zu maximieren. Jedes Paneel:

• Verändert die Position im Laufe des Tages und erhöht den Energieertrag um 40 % im Vergleich zu festen Installationen
• Steuerung der Wärmeübertragung durch einstellbare Beschattung, Reduzierung des Energieverbrauchs für HLK-Anlagen um 80 % in Versuchen
• Maschinelles Lernen, um auf Wettermuster und Benutzereinstellungen zu reagieren

Umsetzung an der Empa NEST

Das HiLo-Versuchsgebäude in Dübendorf, Schweiz, wird im Jahr 2021 die erste Anwendung von Solskin in vollem Maßstab sein. Die wichtigsten Merkmale sind:

• 30 flexible Solarmodule, die an einem Stahlrahmen befestigt sind
• Luftbetriebene Mechanismen, die eine vollständige Rotationsbewegung ermöglichen
• Adaptive Einstellungen mit Live-Sensor-Feedback

Erste Ergebnisse zeigten die Fassade:

• Deckung von 60-100 % des Energiebedarfs des Gebäudes
• Aufrechterhaltung eines konstanten Raumklimas ohne konventionelle HVAC

Technische Neuerungen

Der Entwurf von Schlüter betont die Doppelnutzung der Infrastruktur:

1. Elektrizitätserzeugung: Dünnschicht-Solarzellen erzeugen 20-30 W/m² und passen sich der Gebäudehülle an.
2. Thermisches Management: Die Paneele dienen als verstellbare Jalousien, die im Sommer die Hitze abhalten und im Winter das Sonnenlicht durchlassen.
3. Architektonische Kompatibilität: Modulare Größen und individuelle Farbtöne ermöglichen die Integration in verschiedene Baustile.

Das mit dem ETH-Startup Zurich Soft Robotics entwickelte Antriebssystem verwendet langlebige, umweltresistente Kunststoffmaterialien.

Breitere Auswirkungen

Schlüters Forschungen zeigen, wie Gebäudefassaden von statischen Barrieren zu interaktiven Energiesystemen werden können. Projekte wie HiLo zeigen praktische Wege auf, wie städtische Strukturen:

• Beseitigung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen für die Temperaturregelung
• Aufrechterhaltung des Benutzerkomforts durch automatische Einstellungen
• Einspeisung überschüssiger erneuerbarer Energie in die Stromnetze

Während die kommerzielle Nutzung bereits im Gange ist, setzt Schlüter seine Arbeit fort, um Politik und Design für kohlenstoffneutrale Städte zu gestalten. Durch die Umwandlung von Solarfassaden in reaktionsfähige Umweltschnittstellen verbindet Schlüter technische Innovation mit architektonischer Praktikabilität und bietet skalierbare Lösungen für globale Energieprobleme.