Building integrated Photovoltaic – auf Deutsch „bauwerkintegrierte Photovoltaik“ – beschreibt die vollständige Integration der PV in die Gebäudehülle. Dabei übernimmt die PV Funktionen der Außenhaut: Dach, dämmende Fassade, Verschattungselemente, Balkonbrüstungen oder Verkleidungen. Diese Elemente haben in erster Linie eine funktionale Aufgabe, sie bringen allerdings einen Zusatznutzen im Hinblick auf die Energieerzeugung mit sich.
Gebäude mit Photovoltaik sind in Deutschland ein vertrautes Bild. Keine andere Energiequelle prägt das Erscheinungsbild von Eigenheimen so sehr wie die meist bläulich schimmernden Module auf Hausdächern und Scheunen. Was in den Anfängen optisch eher als Zwangsheirat von Gebäude und Energieerzeugung schien, bildet zunehmend eine Design-Symbiose.
Trotz der Fülle der Funktionen ist die bauwerkintegrierte Photovoltaik oft nur unzureichend bekannt – im Gegensatz zu den aufgesetzten Solarmodulen und damit häufig überfrachteten Hausdächern. Auch die sinkende Einspeisevergütung lässt den Trugschluss zu, dass wir die Blütezeit der PV hierzulande bereits hinter uns haben. Wozu also umdenken und auf die altbewährten Baumaterialien verzichten?
Noch nie war der weltweite Energiebedarf größer als heute. Was bereits deutliche Auswirkungen auf das Weltklima zeigt, wird sich mit der wirtschaftlichen Entwicklung der Schwellenländer weiter zuspitzen. In Europa sind Gebäude für den Großteil des Energiebedarfs verantwortlich. Mit einem Anteil von rund 40 Prozent am Gesamtenergieverbrauch besitzen sie ein hohes Einsparpotenzial. Auch der Gesetzgeber hat dies mittlerweile erkannt und mit der Novelle der EU-Gebäuderichtlinie reagiert. Demnach sollen alle neu errichteten Gebäude ab 2020 zu sogenannten Fast-Nullenergie-Häusern werden – sie sollen über das Jahr gesehen so viel Energie selbst produzieren wie sie benötigen. Für öffentliche Gebäude gilt dieser Standard schon ein Jahr früher.
Doch woher soll die Energie kommen? Die bekannte und vor allem bequeme Methode, die Energie aus dem Licht zu nutzen, ist bei kleineren Gebäuden noch recht einfach über die Dachfläche möglich. Bei Mehrfamilienhäusern und bei großen öffentlichen Gebäuden wird es aber schon schwieriger. Hier ist die Dachfläche oftmals zu gering, um genügend PV-Module zur Deckung des Energiebedarfs zu installieren. Daher muss auch die restliche Gebäudehülle in die Energiegewinnung mit einbezogen werden.
Dies kann in Form von Verschattungselementen und Balkonbrüstungen geschehen, kann aber auch über die Integration in einer Warm- oder Kaltfassade umgesetzt werden. Dabei ist die Effizienz der PV auch noch außerhalb ihrer optimalen Ausrichtung von 30 Grad gen Süden durchaus bemerkenswert. Eine Südfassade liefert noch immerhin 70 Prozent des vollen Ertrags. Auch die Ost-West-Ausrichtung schmälert zwar geringfügig den Ertrag, ist aufgrund ihrer Vorteile in den Morgen- und Abendstunden der Südseite aber keinesfalls unterlegen. Vor allem in den Wintermonaten kann die Fassade punkten: Zum einen aufgrund der im Tagesverlauf tiefer stehenden Sonne, die länger die Fassade als die Dachfläche bescheint, zum anderen weil die vertikal angebrachten Module nicht vom Schnee verdeckt werden und somit über den ganzen Tag Energie liefern können.
Bei der PV-Integration in die Gebäudehülle sind der Phantasie kaum Grenzen gesetzt: Ob Form, Farbe oder Transparenz – die Modulhersteller machen heute einiges möglich. Maßanfertigungen sind in der BIPV eher die Regel als die Ausnahme. So können Planer und Architekten neue Wege beschreiten und PV als ansprechendes und kaum sichtbares Design-Element in das Bauwerk integrieren.
Inzwischen gibt es sogar Module, die es dank der Verwendung von Folien ermöglichen, jedes gewünschte Design zu unterstützen: Farben, Muster, sogar Abbildungen können problemlos in die Fassaden integriert werden. Dieser Aspekt kann auch bei der Sanierung von Fassaden einem Gebäude zu einem vollkommen neuen und einzigartigen Erscheinungsbild verhelfen. Der Grundgedanke der BIPV – bei dem die Module zur Außenhaut werden – birgt somit auch Einsparpotenzial gegenüber gewöhnlichen Baumaterialen, die nicht dem Zusatznutzen der Energieerzeugung dienen.
Die Technik dahinter
Überall wo Strom fließen soll, sind Stecker und Leitungen nicht weit. Doch in einer „durchgestylten“ Fassade oder in einer Balkonbrüstung aus Glas-Glas-Modulen sollte sich so wenig Anschlusstechnik wie möglich nach außen hin zeigen. Denn der ästhetische Gesamteindruck soll nicht durch elektromechanische Komponenten beeinträchtig werden. So gibt es PV-Steckverbinder, die speziell für den Einsatz in der BIPV entwickelt wurden. Das Angebot ist noch übersichtlich – nur wenige Anbieter haben sich auf die Bauwerksintegration spezialisiert.
So wurde die Produktfamilie Sunclix mini genau für diesen Einsatzzweck konzipiert. Die Miniatur-Steckverbinder mit einem Durchmesser von nur 11 mm verschwinden im Fassadenprofil und werden somit unsichtbar für den Betrachter. Mit ihrer Schutzart IP67 sowie ihrer Zertifizierung nach DIN EN 50521 halten sie auch ungeschützt über mindestens 25 Jahre der Witterung stand. Zudem setzen sie sich optisch kaum von der Leitung ab. Die werkzeuglose Installation, die lediglich ein Abisolieren der Leitung erfordert, macht den Steckverbinder mit Pierce-Technologie zur Anschlusstechnik im BIPV-Bereich, die für Ströme bis zu 15 A und Spannungen bis zu 1000 V DC ausgelegt wurde.
Für den Anwendungsbereich „Isolierglas mit Photovoltaik“ bietet die Produktfamilie eine einpolige Modulanschlussdose, die zwischen den äußeren Scheiben des Isolierglases platziert wird. Der Flachleiter, der aus dem Modul kommt, muss lediglich eingefädelt werden – dann wird er mit Hilfe eines Federkontaktes verbunden. Im letzten Schritt wird die Dose mit der Versiegelungsmasse des Isolierglases vergossen. So ist sie vollständig im Modul integriert und gewährt einen sicheren elektrischen Kontakt. Die Anschlussdose ist für Ströme bis 15 A und Spannungen von bis zu 1000 V ausgelegt.
Sollbruchstellen ermöglichen eine flexible Anpassung an die Maße des Moduls. Komplettiert wird die Produktfamilie von einer kompakten Strangdiode, die die empfindlichen Module vor Rückströmen schützt. Auch hier wurde mit 11 mm Bauhöhe auf kompakte Außenmaße geachtet, sodass sämtliche Bauteile in oder an Fassadenprofilen verschwinden können. Die Produktfamilie um Sunclix mini ermöglicht somit einen einfachen, werkzeuglosen und zudem sicheren Anschluss von PV-Modulen, denn sämtliche Komponenten wurden speziell für die Bauwerksintegration entwickelt.
BIVP liegt im Trend
An der Nutzung der erneuerbaren Energien führt kein Weg vorbei. Bei der BIPV liegt eine der Herausforderungen darin, Architekten und Gebäudeplanern die Angst vor dem Unbekannten zu nehmen. Denn BIPV ist nur ein weiteres Gewerk auf der Baustelle. Die Möglichkeiten, die sich bei der Gestaltung eines Gebäudes ergeben, wiegen die Aufwände auf. Die Frage, ob man bei Planung und Ausgestaltung des Gebäudes eher auf Ästhetik und Design oder lieber auf die Effizienz der Komponenten setzt, ist zum Glück obsolet.
Matthias Schröder, M.Sc., Produktmarketing Pluscon solar, Business Unit Field Device Connectors, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg
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