SIEMENS

An guten Ideen mangelte es den Schildbürgern in der Sage bekanntlich nicht. Lediglich an der praktischen Ausführung haperte es regelmäßig. Als sie ein neues Rathaus bauten, hatten sie wie so oft ein entscheidendes Detail vergessen: die Fenster. Um der Dunkelheit entgegenzuwirken, fingen sie das Tageslicht in Suppentöpfen ein und brachten diese in das Gebäude. Nur hell wurde es trotzdem nicht.

Die Idee, an der die Schildbürger einst grandios scheiterten, hat Prof. Hans Poisel, Lichtexperte an der Georg-Simon-Ohm-Hochschule in Nürnberg, in den letzten vier Jahren mit seinen Studenten zum „Sollektor“ ausgereift, der schon bald auf Hausdächern installiert sein soll. Auf einer quadratischen Platte, deren Seiten etwa so lang wie ein Arm sind, funkeln 900 Linsen, die das Sonnenlicht bündeln und in polymer-optische Faserstränge leiten, wie man sie sonst von der Datenübertragung kennt. Innerhalb dieser Kunststofffasern wird das Licht entlang geleitet, bis es an einer Deckenleuchte im Gebäudeinneren wieder austritt. Dabei wird nur der für das Auge sichtbare Anteil des Lichts übertragen, die schädliche UV-Strahlung bleibt genauso wie die Wärme des infraroten Spektralbereichs draußen.

„Wenn wir von Sonnenenergie reden, denken wir meist an Photovoltaik oder Solarthermie“, sagt Poisel. „Das Licht als solches wird oft gar nicht registriert, sondern in andere Energie - formen umgewandelt. Wir wollen dagegen die Originalform nutzen, unverfälscht und mit geringen Transportverlusten.“ Wenn man mit Solarzellen Strom erzeugt und diesen wieder in Kunstlicht umwandelt, gehen rund 99 Prozent der Sonnenenergie verloren. Der Sollektor dagegen erreicht einen Wirkungsgrad von über 50 Prozent. „Wo man die Natur normalerweise aussperrt, bringen wir das natürliche Licht hin. Dorthin, wo der Mensch sich die meiste Zeit aufhält: in der dunklen Höhle des Büros.“

Man kann heute über die Schildbürger lachen. Fenster in Gebäude einzuplanen, vergisst kein Architekt mehr. Als effizient zu bezeichnen, wie wir unsere Gebäude beleuchten, wäre trotzdem ein Trugschluss. Sobald im Sommer die Sonne auf die Fenster prallt, gehen die Jalousien herunter und der Lichtschalter an. Das gilt umso mehr für Regionen der südlichen Hemisphäre. 90 Prozent unseres Lebens verbringen wir in geschlossenen Räumen, arbeiten und leben unter Kunstlicht. Fast ein Fünftel des weltweiten Strombedarfs geht so in die Ausleuchtung von Innenräumen – auch tagsüber.

Tageslicht plus farbige LEDs. Schon das Einsparpotenzial eines einzelnen Sollektors deutet die Chancen an, die eine flächendeckende Einbindung des Tageslichts mit sich brächte: Bei vollem Sonnenschein reicht die transportierte Lichtmenge aus, um zwölf handelsübliche Glühbirnen à 60 Watt zu ersetzen. Während der 1.700 Stunden, die die Sonne pro Jahr in Deutschland scheint, ließen sich somit mit einem einzigen Sollektor bis zu 1.200 Kilowattstunden elektrische Energie einsparen.

Aber auch dem Lichtwellenleiter sind Grenzen gesetzt. Ist die Sonne untergegangen, ist eine elektrische Alternative unverzichtbar. Daher kooperieren die Nürnberger Entwickler mit Osram, um das Beste aus zwei Welten zu vereinen. Ziel ist eine Lösung, bei der dem Tageslicht je nach verfügbarer Lichtintensität variabel Kunstlicht zugemischt wird – mit Hilfe intelligenter Sensortechnik. Das System lässt sich in eine einzige Deckenleuchte integrieren.

Hierfür setzt Osram auf LED-Technik. Die leuchtenden Halbleiter sollen nicht nur das natürliche Tageslicht ergänzen, sondern die Beleuchtung in einem flexiblen Farbtemperaturverlauf so gestalten, dass es dem Wohlbefinden und der Gesundheit dient. Besonders die Blauanteile im natürlichen Licht beeinflussen die innere Uhr des Menschen und seinen Schlaf- und Wachrhythmus (Pictures of the Future, Herbst 2010, Himmel im Zimmer). „Um diesen Effekt in Innenräumen abzubilden, müssen das Farbspektrum des Lichts und die Beleuchtungsstärke kontinuierlich dynamisch angepasst werden“, erklärt Henry Feil, Innovationsmanager bei Osram in München. In den Morgen- und Abendstunden wird daher der Blauanteil in der Kunstlichtquelle heruntergefahren und Rot beigemischt.

Das Ergebnis der Zusammenarbeit zwischen der Ohm-Hochschule und Osram ist eine Kombination aus Energieeffizienz und dem Faktor Lebensqualität sowie aus jungem Forschergeist und etablierter Branchenexpertise. Henry Feil bewegt sich als Innovationsmanager in einem Netzwerk junger Entwickler. „Ideen befinden sich im Wettbewerb miteinander“, sagt er. „Man muss seine Fühler ausstrecken, ohne Berührungsängste zu haben. Jeder, der gute Ideen bringt, verdient es, gefördert zu werden.“

Osram unterstützt die jungen Forscher mit Know-how sowie mit neuester LED-Technologie und intelligenter Sensorik. „Open innovation“ nennt Feil dies, ein „gegenseitiges Pushen“. Er kann immer dann weiterhelfen, wenn es um technische Lichtlösungen, Businesspläne oder Marktanalysen geht. Für Osram erwartet er sich im Gegenzug frische Impulse, die vielleicht eines Tages in ein verwertbares Produkt münden.

Zunächst werde sich das Interesse am Sollektor auf Nischenanwendungen in Europa beschränken, vermutet Hans Poisel: zum Beispiel bei der naturgetreuen Farbwiedergabe in Gemäldegalerien, in Umkleidekabinen von Textilgeschäften oder in der Gemüseabteilung im Supermarkt. Ausschlaggebend wird sein, wie schnell sich die Investition durch Energieeinsparungen rechnet. Zwei von Poisels ehemaligen Studenten haben inzwischen ein eigenes Unternehmen namens Bavarian Optics gegründet. Noch im Jahr 2011 soll sich der Sollektor erstmals auf dem Markt beweisen. Bis dahin muss das Zusammenspiel von Lichtwellenleiter und moderner LED-Technologie einwandfrei funktionieren. Die Grundlage für diese sensible Aussteuerung sind ausgeklügelte Algorithmen, die beide Teile in Einklang bringen.

Automatisch aufeinander abstimmen. Worauf solche Funktionsvorschriften beruhen, lässt sich bei Siemens Building Technologies im schweizerischen Zug nachvollziehen. Auf den ersten Blick wirkt der enge Raum wie ein normales Büro: ein schwarz gepolsterter Stuhl, ein Schreibtisch aus hellem Holz, darauf ein Laptop. Der Arbeitsplatz ist aber nur eine Versuchsanordnung. Durch die Fenster strahlt die Sonne. Zusätzlich dringt von der Decke das Tageslicht durch einen dem Sollektor ähnlichen Lichtwellenleiter – ein Produkt aus Schweden, das bereits auf dem Markt war, als das Sollektor- Projekt 2008 startete. Zwischen den rechteckigen Leuchtplatten an der Decke zeichnen Sensoren kontinuierlich große Mengen an Daten auf, die als Basis für die intelligente Steuerung der Gebäudeautomation dienen. Wird der Lichteinfall zu stark, dunkeln zum Beispiel die Jalousien den Raum ab.

Die Erkenntnisse fließen in das EU-geförderte Forschungsprojekt „Clear-up“ ein. Das Ziel ist eine energieeffiziente Gebäudetechnologie in Wohn- und Bürohäusern. „Die Umweltbedingungen sollen den Nutzer des Raums nicht beeinträchtigen. Die Mengen an Kunst- und Tageslicht, die das Zimmer erhellen, werden daher automatisch aufeinander abgestimmt“, sagt der verantwortliche Projektmanager Philipp Kräuchi. „Dabei müssen wir individuelle Präferenzen berücksichtigen, was Lichtintensität und Kontraste angeht. Will man gleichzeitig den Energiebedarf minimieren, geht das nur über eine intelligente Automation.“

Der nächste Schritt für die Kooperation zwischen Osram und der Ohm-Hochschule in Nürnberg wird nun die Weiterentwicklung der intelligenten Sensor- und Automatisierungstechnik sein, um die Lichtwellenleiter und die LEDs geschickt miteinander zu verbinden. Während die Forschungspartner an dieser Aufgabe tüfteln, ist in einem rund 7.000 Kilometer entfernten Ort derart ausgefeilte Gebäudetechnik noch ein Zukunftstraum. Dennoch hat auch im südindischen Chennai der Sollektor Aufsehen erregt: Vor zwei Jahren hat Hans Poisel dem Indian Institute of Technology – der Nürnberger Partneruniversität – einen ersten Prototypen mitgebracht. Inzwischen laufen Verhandlungen mit der indischen Eisenbahngesellschaft. Das Unternehmen ist für seine Fertigungshallen an einer effizienten Lichtlösung interessiert.

Als Poisel das letzte Mal zum Erfahrungsaustausch in einem Konferenzraum in Chennai saß, fiel plötzlich der Strom aus, ein alltägliches Ereignis in indischen Großstädten. Die Overhead- Projektion verschwand von der Wand, die Klimaanlage hörte auf zu summen. Im Nachbargebäude wurde es aber trotz geschlossener Jalousien nicht dunkel. Der Sollektor auf dem Dach ließ sich von dem Stromausfall nicht beeindrucken. Die Schildbürger wären vor Neid erblasst.