Für Roland Müller ist es die perfekte Kombination: Der Solarteur hat die Fassade seines dreistöckigen Firmengebäudes am Bodensee mit Solarmodulen ausgestattet. Er heizt den Bau mittels Infrarotflächen, die den größten Teil ihres Betriebsstroms in den Wintermonaten von der Gebäudehülle beziehen.
Kein Heizungsbauer, keine wasserführenden Systeme, keine Emissionen von Kohlendioxid, keine Heizkosten: „Noch ist Photovoltaik an Fassaden eine Nische“, konstatiert Stefan Krokowski, Geschäftsführer von Novotegra, einem Anbieter von Montagesystemen. „Aber es ist definitiv eine stark wachsende Nische, denn die Nachfrage nach vertikal montierten Solarflächen steigt.“
Gründe dafür gibt es einige. Christof Erban kennt sie alle. Er leitet die Forschung und Entwicklung bei der Firma Sunovation, einem „Hersteller von Solarglas-Modulen für die Verwendung in der Architektur“, wie es in der Eigendarstellung heißt. Gemeint sind spezielle Solarmodule, die in der bauwerksintegrierten Photovoltaik (BIPV) zum Einsatz kommen, in aller Regel also an Fassaden.
Ertragsprofil und Lastgang angleichen
Ein wesentlicher Grund für die steigende Nachfrage liegt in der Harmonisierung von Ertragsprofil und Lastgang. Während Solarstrom vom Dach in der Regel seine Leistungsspitzen um die Mittagszeit und bei höheren Sonnenständen erreicht, liefern Solarfassaden ihren Strom bei niedrigen Sonnenständen in den Wintermonaten. Genau dann ist der Bedarf an Strom und Wärme hoch.
Ist ein Gebäude zum Beispiel an drei Seiten mit Solarmodulen bestückt, ist die solare Nutzfläche nicht nur deutlich größer als auf dem Dach. Das Ertragsprofil ist auch wesentlich ausgeglichener und passt besser zu elektrischer Heiztechnik wie Infrarotsystemen oder Wärmepumpen. Je besser Ertragskurve und Verbrauchsprofil zueinander passen, desto weniger Strom muss gespeichert werden. Das reduziert Aufwand und Kosten.
Höherer Bedarf in kalter Jahreszeit
Desto weniger muss man zu Spitzenzeiten, in denen der Preis niedrig ist, ins Netz einspeisen, um zu anderen Zeiten teure Energie einzukaufen. „Wer seinen Eigenverbrauch optimieren und die Energiebilanz eines Gebäudes verbessern will, hat ein Interesse daran, nicht nur möglichst viel Solarstrom zu ernten, sondern auch so lang wie möglich über den Tag verteilt“, erläutert Christof Erban. „Genau das erreichen wir mit Modulen an der Fassade.“ Deshalb kommen Interessenten aus der Wirtschaft in jüngerer Zeit vermehrt auf die Idee, beim Neu- oder Umbau von Gebäuden auch die Fassaden zu solarisieren. Ein weiterer Effekt: Fassaden können praktisch nicht zuschneien. Wird eine Dachanlage von Schnee oder Reif bedeckt, sinkt ihr Energieertrag nahezu auf null.
Bei Schrägdächern türmt sich abtauender Schnee an der Unterkante. Er verschattet die unteren Module, weil die tiefer liegenden Dachziegel rauer sind als die Gläser der Solarmodule.
Mehr Geschäft für Installateure
Für Solarteure oder Elektriker bietet die Installation von Solarmodulen an der Fassade ein neues Geschäftsmodell. Um es für sich zu erschließen, sind jedoch einige Besonderheiten zu beachten. „Solarmodule auf dem Dach haben nur eine Funktion, sie sollen Solarstrom produzieren. Bei Fassaden reden wir von multifunktionalen Bauelementen“, sagt Sebastian Clausmeier, Geschäftsführer von Sunovation. „Es geht um Bauphysik, um Dämmung, Thermik und Statik, um Stromerzeugung und nicht zuletzt um die Optik. Jeder Architekt hat bestimmte Vorstellungen davon, wie sein Gebäude aussehen soll.“
Das ist nicht nur ein Thema bei Neubauten, sondern auch bei Sanierungen. „Da kommt es häufig vor, dass die Module eine ganz spezifische Farbe haben müssen, um sich zum Beispiel in die vorgegebene Fassadenfarbe einzufügen“, nennt Christof Erban ein Beispiel. „Oder es ist die Frage, ob sie opak oder transparent gewünscht sind, ob technische Details oder die Befestigung sichtbar sein dürfen oder nicht. Und natürlich müssen auch die Abmessungen der Module passen.“ Meist sind die Module Teil einer Kaltfassade, werden also auf einer von der Außenmauer getrennten Unterkonstruktion montiert. Das Ergebnis ist eine hinterlüftete, vorgehängte Fassade mit Luftspalt zwischen Gebäudehülle und Solarmodulen.
Baurechtlich entspricht diese Lösung einer hochwertigen Glasfassade. Für deren Installation gibt es inzwischen spezielle Unterkonstruktionen, die erprobt und optimiert sind.
Regeln und Bestimmungen
Solarfassaden müssen grundsätzlich den technischen Baubestimmungen genügen und hohe Anforderungen an Standsicherheit, Brandschutz und elektrische Sicherheit erfüllen. Beim Brandschutz zum Beispiel gilt häufig die DIN EN 13501, weil die Module Teil der Fassade sind. Dazu gehört auch die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ), die das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) erteilt beziehungsweise deren Entsprechung in der Musterbauordnung des Bundes und den nachfolgenden Landesbauordnungen festgelegt ist.
Schließlich gelten für an der Fassade verbautes Glas spezifische Regeln zur Sicherheit, Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit, hauptsächlich festgelegt in der Normenreihe DIN 18008 (Glas im Bauwesen). Sie regelt unter anderem die Anforderungen für Überkopfverglasungen. „Die Glasdicke von Aufdachmodulen entspricht diesen Anforderungen nicht“, warnt Sebastian Clausmeier. „Deshalb sind sie meist nicht geeignet für den Einsatz an der Fassade. Allein schon in diesem Punkt weichen die Module, die wir unseren Kunden liefern, vom Standard ab. Außerdem erfüllen Standardmodule, anders als unsere BIPV-Module, keine ästhetischen Anforderungen. An der Fassade würden sie als Fremdkörper erscheinen, nicht als integraler Bestandteil.“
Kein Hexenwerk
Dennoch versichern Clausmeier und Erban, dass die Installation von Solarfassaden kein Hexenwerk ist. Im Grunde gehe es für Handwerker, die sich damit befassen wollen, nur darum, sich mit einigen Besonderheiten vertraut zu machen.
Nicht selten ist die vertikale Montage der Solarmodule einfacher als auf dem Schrägdach. Zumal es mittlerweile solide Montagesysteme für Solarfassaden gibt und die Modulhersteller, die sich darauf spezialisiert haben, in aller Regel sehr genau wissen, welche Anforderungen ihre Produkte erfüllen müssen.
Selbst besonderen Ansprüchen können die Produkte mittlerweile genügen. „Die Dachkonstruktion des Sustainability-Pavillons zur Expo 2020 in Dubai zum Beispiel war nur mit maßgeschneiderten Photovoltaikmodulen zu realisieren“, erzählt Christof Erban. Für das futuristische, trichterförmige Dach wurden rund 500 verschiedene Module in Form von Tortenstücken gefertigt. „Auch für Bürogebäude, die auf den ersten Blick homogen wirken, brauchen wir mitunter mehrere Dutzend unterschiedliche Module, damit sie sich passgenau in die Fassade einfügen.“
Wissen bei den Architekten gefragt
Vor dem Hintergrund des für die kommenden Jahre erwarteten Wachstums der Solarfassaden wünscht sich Sebastian Clausmeier mehr Basiswissen bei den Architekten. Er fordert: „Das Thema BIPV wird immer wichtiger und sollte auch in der Ausbildung von Architekten und Fachplanern einen entsprechenden Stellenwert einnehmen.“
Verbesserungspotenzial sieht er auch bei Vergaberegeln für öffentliche Bauobjekte in der Europäischen Union. „In den Ausschreibungen darf zum Beispiel kein Herstellername stehen, um die Anbieter vergleichbarer Produkte nicht zu benachteiligen“, sagt er. „Das ist durchaus nachvollziehbar, aber es macht die Auswahl eines ästhetisch geprägten Fassadenprodukts schwierig. Wenn etwa einem Architekten spezielle Module eines spezifischen Herstellers vorschweben, muss er das in der Ausschreibung wortreich umschreiben – in der Hoffnung, dass er damit angeboten bekommt, was er sucht. Das ist nicht praxisnah und sollte meines Erachtens geändert werden.“
35 Millionen Bestandsgebäude in der EU
Nach den Vorstellungen der EU sollen bis 2030 in Europa rund 35 Millionen Bestandsgebäude saniert werden. Darin schlummert ein riesiges Potenzial für Solarfassaden. „Urbane Energieerzeugung wird immer wichtiger“, ist sich Christof Erban sicher. „Jede Fassade, die Solarstrom erzeugt, verbessert die Energiebilanz des Gebäudes. Photovoltaikmodule an Fassaden genießen auf Dauer eine wesentlich höhere Akzeptanz als beispielsweise Solarmodule auf Grünflächen.“
Foto: Roland Halbe
Foto: Stiftung Neanderthal Museum
Foto: Kinzig
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Sunovation
Silikon statt EVA-Folie
Bei der Produktion seiner Solarmodule arbeitet Sunovation mit einem speziellen Verfahren. Die Solarzellen werden in Zwei-Komponenten-Silikon eingebettet. Normalerweise werden die Zellstrings mit EVA-Folie laminiert. Dagegen hat Silikon mehrere Vorteile: Es ist durchlässig für UV-Licht, versprödet oder vergilbt nicht, wird auch nicht brüchig. Außerdem ist Silikon nur sehr schwer brennbar. Das ist für Fassaden sehr wichtig, denn damit verarbeitete Module erreichen die bestmögliche Brandschutzklasse.
Spektrum Ingenieurgesellschaft mbH
Keine Energiewende ohne Energiewände
Beim Neubau eines Wohnhauses in Gelnhausen Meerholz (nordwestlich von Hanau) wurden alle Flächen konsequent solarisiert. Aufs Dach kamen 22 Kilowatt (52 Solarmodule) und an die Fassaden insgesamt 33 Kilowatt (91 Module). Installiert wurde ein Stromspeicher mit 42 Kilowattstunden, die Heizung wird über eine Wärmepumpe versorgt. Zudem wurde für die drei Wohneinheiten jeweils eine Ladesäule montiert, um E-Autos zu versorgen.
Der Neubau wurde in Beton-Sandwich-Bauweise errichtet. Unter der sechs Zentimeter dicken äußeren Betonplatte befindet sich die Isolation (Polyurethan, 18 Zentimeter dick). Die statisch relevante Tragstruktur entstand durch Ortbeton, dann folgt die innere Sandwichplatte. Diese Konstruktion erfüllt höchste Ansprüche an den Brandschutz. Zumeist wurden Glas-Glas-Module installiert, nur einige haben auf der Rückseite eine Folie. Somit ist das Risiko der Ausbreitung eines Brandes nahezu ausgeschlossen.
Das Projekt dient als Demonstrator. Es zeigt, dass Photovoltaik auf dem Dach und an der Fassade den Gesamtbedarf eines ordentlich gedämmten Neubaus decken kann, ohne dass die Investitionskosten exorbitant anwachsen. Die Erkenntnisse sollen in einem zweiten Projektschritt auch auf Bestandsgebäude angewendet werden.
Fassadendämmung lässt sich mit Photovoltaik kombinieren, um die Wärmeverluste der Gebäudehülle zu reduzieren. Damit wird es wirtschaftlich, Gas- und Ölheizungen im Bestand gegen Wärmepumpen auszuwechseln.
https://spektrum-engineering.de/
Foto: Kinzig/Wimmer
