Aufmerksame Augen konnten die schuppenartige Konstruktion schon am NEST-Gebäude der Empa in Dübendorf entdecken, Studierende der ETH Zürich auch am «Zero Carbon Building Systems Lab». Die Rede ist von «Solskin», dem Produkt von Zurich Soft Robotics, einem Spin-off der ETH Zürich. Solskin hat sich einen Namen gemacht: 2023 hat es einen Watt d’Or des Bundesamts für Energie erhalten, 2024 den Red Dot Design Award und 2025 den Schweizer Solarpreis. Die Aufmerksamkeit ist berechtigt, denn Solskin bringt im wörtlichen Sinn Bewegung in die Photovoltaik. Die rautenförmig angeordneten Solarzellen sind an einem Gitter an der Gebäudefassade befestigt und können sich bewegen. Adaptive Solarfassade nennt sich das und hat das Potenzial, nicht nur das Aussehen von Gebäuden zu verändern, sondern auch, wie diese mit ihrer Umwelt interagieren.

Sonne und Schatten

Die Idee eines beweglichen Solarelements ist dem Team hinter Solskin bereits 2011 gekommen. Dass es bis zum fertigen Produkt eine Weile gedauert hat, liegt auch an dessen Komplexität: Die Solarpanels befinden sich auf sogenannten Aktuatoren, die mittels Druckluft bewegt werden. Wohin, das bestimmt eine intelligente Steuerung. In der Regel folgen die Panels dem Lauf der Sonne. So wird der Solarertrag maximiert und zugleich das Gebäudeinnere beschattet. Dank einer eigens entwickelten KI kann die Fassade aber auch auf Wetterdaten oder das Verhalten der Nutzerinnen und Nutzer reagieren. So stellt sie zum Beispiel die Panels bei Regen zur Reinigung schräg oder abends flach, so dass die Abendsonne sichtbar wird.

In der Regel folgen die Panels dem Lauf der Sonne. So wird der Solarertrag maximiert und zugleich das Gebäudeinnere beschattet.

Was zunächst nach Spielerei klingt, hat gemäss den Herstellern von Solskin handfeste Vorteile. So soll der Solarertrag um bis zu 40 Prozent gegenüber herkömmlichen Solarfassaden gesteigert werden und die Beschattung den Energiebedarf für die Gebäudeklimatisierung um 20 bis 80 Prozent senken – je nach Standort, lokalem Klima, Gebäudetyp und Fassadengestaltung.

Da Solskin vor die Fassade montiert wird, ein geringes Gewicht aufweist und mit den kleinen Modulen flexibel anpassbar ist, eignet sich das Produkt gemäss Hersteller auch für Sanierungen. Und so hat Solskin genügend interessierte Kundinnen und Kunden gefunden, dass das zunächst als ETH-Forschungsprojekt konzipierte Fassadenbauteil als Produkt auf den Markt gebracht wurde. Neben den Pilotprojekten bei ETH und Empa zeigt Solskin inzwischen auch im Wohnbereich, was es kann (siehe Aufklappelement).

Das Interesse an adaptiven Fassaden ist da

Solskin scheint einem Trend zu folgen, wie eine Nachfrage bei Professor Andreas Luible, Leiter des Kompetenzzentrums Gebäudehülle und Ingenieurbau an der Hochschule Luzern ergibt. Er forscht zu adaptiven Fassaden und meint zum Thema Nachfrage: «In den letzten Jahren hat das Interesse an adaptiven Fassaden zugenommen, da sie das Potenzial haben, den Energieverbrauch von Gebäuden zu reduzieren und das Raumklima zu optimieren.» Insbesondere in Ländern und Regionen mit strengen Energieeffizienzvorschriften und Nachhaltigkeitsanforderungen, so Luible, könnte die Nachfrage nach adaptiven Fassaden weiter steigen.

Hürden und Trends für adaptive PV-Fassaden

Noch gibt es jedoch einige Hürden zu überwinden, damit adaptive Fassaden weitere Verbreitung finden. Hürden bestünden gemäss Andreas Luible in der erwähnten Komplexität. «Damit adaptive Fassadensysteme ihre Wirkung im Gebäude entfalten können, braucht es eine ganzheitliche Planung und Abstimmung mit dem energetischen Konzept des Gebäudes.» Aufgrund des dynamischen Verhaltens dieser Systeme seien viele Planer überfordert und existierende Normen und Vorschriften sind nicht auf diese ausgelegt.

Damit adaptive Fassadensysteme ihre Wirkung entfalten können, braucht es eine ganzheitliche Planung und Abstimmung mit dem energetischen Konzept.

Andreas Luible, Leiter des Kompetenzzentrums Gebäudehülle und Ingenieurbau an der HSLU

Auch die technische Vielschichtigkeit sei bei adaptiven Fassaden nicht zu unterschätzen: «Sie bestehen aus vielen Komponenten und Teilsystemen, die miteinander interagieren müssen. Mit dieser Komplexität steigen die Fehleranfälligkeit, der Aufwand für Material, Wartung und Reinigung und am Ende auch die Investitions- und Betriebskosten.» Bauherren seien oft nicht bereit, das technische und finanzielle Risiko zu tragen.

Adaptive Fassade sei indes nicht adaptive Fassade, so Luible. Am bekanntesten und schon lange erprobt seien Verschattungssysteme, die sich einfach der Sonnenintensität anpassen. Weitere Inspiration liefere die Natur: «Es gibt adaptive Strategien in der Biologie, die auf Fassaden angewendet werden können.» Dazu zählen die Anpassung der Farbe oder der Lichtdurchlässigkeit, die einen ähnlichen Effekt wie Verschattung hätten. Doch dabei höre es nicht auf, so Luible. «Viele Organismen haben Oberflächenstrukturen, die Schmutz und Schadstoffe abweisen oder sich selbst reinigen. Dieser Effekt wird bei hydrophoben Beschichtungen bereits angewendet. Auch das Prinzip der Flexibilität und Anpassungsfähigkeit von Organismen kann auf Fassaden angewendet werden, indem Materialien verwendet werden, die sich adaptiv ausdehnen oder zusammenziehen können. Mit dem Prinzip könnte auch strukturellen Beanspruchungen begegnet werden.»

Innovation in Europa, erstes Grossprojekt in der Schweiz

Dass solche Ideen ausprobiert werden, zeigen verschiedene Studien aus Europa. Andreas Luible hat hierzu von 2014 bis 2018 das Europäische Forschungskoordinationsprojekt «Adaptive Facade Network» mit Akteuren aus Industrie und Forschung geleitet. «Das Projekt hat gezeigt, dass in ganz Europa intensiv am Thema adaptiver Gebäudehüllen geforscht wird», fasst er zusammen. Es sei eindrücklich gewesen zu sehen, wie viele innovative Ideen für adaptive Fassaden schon vorhanden sind. «Eine Umsetzung bis hin zum marktreifen und erfolgreichen Produkt ist jedoch ein langer Weg und scheitert oft an den genannten Hemmschwellen.»

Für Solskin geht der Weg weiter. In Winterthur plant die Keller Pressure AG eine neue Produktionsstätte. Deren Südfassade soll über ihre gesamte Fläche mit Solskin-Modulen bestückt werden. Das dürfte auch in den Markt für adaptive Fassaden etwas Bewegung bringen.