Wie sich PV-Module in Fassaden und Gebäude integrieren lassen

Die Fassade gehört dem Architekten – zumindest, was die Ästhetik angeht. „Fassaden sind da, um sie zu lieben. Es ist nicht nur eine Technologie.“ Mit diesen Worten eröffnete Stefan Winter, Professor für Holzbau und Baukonstruktion an der Technischen Universität München, die diesjährige Conference on Advanced Building Skins. Die Veranstaltung findet alljährlich in Bern statt und sieht sich als Plattform für den Erfahrungsaustausch zwischen allen Partnern, die an der Erstellung einer Gebäudehülle beteiligt sind.

Winters Worte sind eindeutig und zeigen schon mal den Weg, den der Architekt geht, wenn er eine Fassade nach seinen Vorstellungen schaffen will. Da geht es um Ästhetik, Optik, Schönheit, Kunst. Ein Solarmodul kann durchaus mit ins Konzept passen. Doch der größte Teil der Architekten schielt immer noch an den Angeboten der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV) vorbei auf die bekannten Materialien.

Die Kosten im Blick behalten

Noch ist die BIPV nicht erwachsen. „Sie ist immer noch eine Nische, auch wenn mehr Projekte gebaut werden und der Anteil der BIPV steigt“, weiß Jochen Weick, Vertriebsleiter von Avancis. Der Hersteller von Dünnschichtmodulen aus dem sächsischen Torgau hat sich unter anderem auf die Gebäudeintegration spezialisiert. „Wir müssen als Branche jetzt auch die technischen und ökonomischen Aspekte beachten“, sagt er unter anderem mit Blick auf einen Mitspieler, den die Branche bisher nicht so richtig beachtet hat: den Bauherrn.

Dem investierenden Gebäudeeigentümer ist es egal, wie der Architekt die Anlagen an die Fassade anbindet. „Der Bauherr will eine schlüsselfertige Solaranlage“, sagt Jochen Weick. Und die will er zu einem vertretbaren Preis.

Der Generator darf nicht viel mehr kosten als die ohnehin notwendige Fassade. Auch wenn es in der BIPV-Branche umstritten ist: Die Amortisation des solaren Anteils ist für den Investor von Bedeutung. Zumindest müssen das die Anbieter von Solarfassaden immer stärker in den Blick nehmen. Die Zeiten, in denen die Pioniere der Immobilienbranche in die Solarfassade investiert und damit ihr Image aufgebessert hat, gehen zu Ende. „In den vergangenen Jahren haben wir immer wieder herausragende Projekte mit bekannten Architekten realisiert“, erinnert sich Laurent Quittre, Geschäftsführer von Issol. „Inzwischen merken wir, dass die Nachfrage auf Solarfassaden für normale Bürogebäude, Industriegebäude und nicht zuletzt Wohngebäude umschlägt.“ Immer öfter bekommen die Hersteller und Projektierer von Solarfassaden jetzt Aufträge von Architekten, die Investitionsobjekte errichten.

Bauherren wollen Effizienz

Inzwischen werden Anforderungen an oder die Zertifikate für Gebäude hinsichtlich der Energieeffizienz immer mehr zu den Treibern des BIPV-Marktes. „Schließlich besteht der Energiebedarf in den Städten, und da brauchen wir nicht den Solarpark auf der grünen Wiese, sondern müssen ihn eigentlich in die Stadt verlegen“, betont Jean-Didier Steenackers. Der Architekt von Sunsoak Design in Brüssel hat unter anderem die Solarfassade am Gebäude des französischen Verteidigungsministerium in Paris entworfen.

Steenackers hat sich die Worte des Stararchitekten Norman Foster zu Herzen genommen: „Bei solarer Architektur geht es nicht um eine Mode, sondern es geht um das Überleben.“ Denn der Solarpark in der Stadt kann natürlich nur dort entstehen, wo die Flächen zur Verfügung stehen: an den Gebäuden.

Energieertrag prognostizieren

Damit steht die BIPV-Branche gleich vor zwei neuen Aufgaben. Die erste kommt vom Bauherren. Für ihn stellt sich die Frage nach der Verwendung des Stroms. Denn auch wenn die Solarmodule konkurrenzfähig zum hochwertigen Fassadenmaterial sind, ist die produzierte Energie immer noch teuer. Sie muss im Gebäude direkt verbraucht werden, damit es sich rechnet.

Somit muss die Fassade auch in die Haustechnik einbezogen werden, was nach einer detaillierten Prognose des Ertrags verlangt. Auch dafür wurden auf der Conference on Advanced Building Skins Lösungen vorgestellt.

So hat das belgische Forschungsinstitut Imec ein Prognosetool entwickelt, mit dem sich der tägliche Ertrag auch aus Fassadenanlagen mit einer maximalen Abweichung von 2,5% vorhersagen lässt.

Allerdings hängt diese Prognose gerade bei Solarfassaden sehr stark von der Hinterlüftung ab, vor allem wenn kristalline Siliziummodule integriert werden. Mit geringerer Hinterlüftung steigt die Modultemperatur. Dadurch sinkt die Leistung. Entwickler vom niederländischen Forschungsinstitut SEAC in Eindhoven haben das mal nachgemessen.

Sie haben gleiche Module nebeneinander installiert – eins im Abstand von vier Zentimetern zur Fassade und das andere acht Zentimeter von der Außenwand entfernt. „Wir haben herausgefunden, dass bei einer Einstrahlungsstärke von 800 Watt pro Quadratmeter die größere Lücke zwischen Modul und Fassade für eine um fünf Grad Celsius niedrigere Temperatur am Modul sorgt“, fasst Wiep Folkerts von SEAC die Ergebnisse zusammen. „Das bedeutet für monokristalline Siliziummodule einen Leistungsunterschied von 2,4%.“ Auf diese Weise wird die Prognose noch schwieriger. Denn dann müssen die Programme, die den Ertrag der Solarfassade berechnen, zu den vielen ohnehin schon vorhandenen Variablen auch noch das konkrete Installationsdesign mit einbeziehen.

Separate Planung von Fassadenanlagen

Die zweite Aufgabe kommt vom Architekten und vom Planer. Denn bisher entstehen die Entwürfe mit einer Software, die in der Regel auf CAD basiert. Damit modelliert der Architekt sein Gebäude. Auf der Basis dieses Modells kann er die Mengen der Baumaterialien bestimmen, die gebraucht werden. Über eine Software zur Bauwerksdatenmodellierung (BIM) optimiert er die Planung und die Bauausführung.

Hier fehlte aber die Photovoltaik bisher vollständig. Eine Fassadenanlage muss der Architekt separat planen. Wenn Änderungen eintreten, müssen er und die Fachplaner diese mühsam in den ursprünglichen Entwurf einarbeiten. Über diese Hürde springen nur die wenigsten.

Schnittstelle zum Architekten

Inzwischen gibt es die ersten Schnittstellen zwischen Architekt und Photovoltaikwirtschaft. So hat Philippe Alamy von Cadcamation, einem Entwickler von Planungstools für Architekten, ein Programm vorgestellt, das auf einer dreidimensionalen Modellierung basiert, wie sie Architekten schon kennen. Es bezieht sämtliche Parameter wie direkte und indirekte Sonneneinstrahlung, Ausrichtung der Anlage oder Verschattungen mit ein und erlaubt eine direkte Anbindung an die CAD-Programme.

Auch Marco Lovati vom Forschungsinstitut Eurac in Bozen hat eine Planungssoftware für Solarfassaden veröffentlicht. Sie kommuniziert mit den Programmen, die Architekten in der Regel nutzen, um die Gebäude zu entwerfen. Auf diese Weise kommen jetzt die ersten Werkzeuge zum Anwender, die eine Brücke zwischen Produkt und Projekt schlagen, wie es Philippe Alamy ausdrückt.