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News  – Nachrichten aus der Energieforschung

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Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat die Fassade eines seiner Laborgebäude mit 70 Photovoltaik-Modulen ausgerüstet, die es zusammen mit dem Partner Bystronic glass unter dem Namen TPedge entwickelt und in eigener Pilotproduktion hergestellt hat.
© Fraunhofer ISE
Gebäudeintegrierte Photovoltaik
05.07.2018

Die hauchdünnen Solarfolien aus der Produktionsanlage wiegen nur 500 g/m² und sind weniger als 1mm dünn. So können die Folien in vielseitige Anwendungen integriert werden.
© Heliatek/Tim Deussen, Berlin

Dach des größten Einkaufszentrums Europas Dolce Vita Tejo in Lissabon, Portugal mit 5-lagigen Folienkissen aus 200 000 m² ETFE. Die Überdachung produzierte die nun auch am FLEX-G-Projekt beteiligte Hightex GmbH – ein Spezialanbieter für textile Architektur. Jedes Dachelement kann wahlweise mit Solarzellen oder elektrochromen Folien ausgestattet werden.
© Hightex GmbH

Photovoltaik-Elemente für Fassade und flexible Dächer

Moderne Gebäudefassaden können mehr sein als Dämmung und äußere Hülle von Gebäuden. Neue Photovoltaik-Module erlauben Planern einen breiten Spielraum bei der farblichen Gestaltung von Fassadenflächen. Anders als Standardlösungen leistet eine solche Energiefassade einen beachtlichen Beitrag zur Verbesserung der Energiebilanz von Gebäuden. Einsetzbar sind klassische Silizium-, Dünnschicht- sowie organische PV-Elemente.

PV-Fassadenelemente eignen sich besonders für die Ausstattung größerer Büro- oder Fabrikgebäude. Hier sind große Flächen zu bestücken. Sie sind auch einsetzbar für die Neuverkleidung und energetische Sanierung renovierungsbedürftiger Altbauten. Befeuert wird die Verbreitung dieser Fassadensysteme sowohl durch den Trend zu Plusenergiegebäuden als auch durch die neuen gesetzlichen Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden wie den Niedrigst-Energiestandard sowie die Ausbauziele des Erneuerbare-Energien-Gesetzes EEG.

PV-Fassaden fit für den Massenmarkt machen

Doch vor der breiten Markteinführung sind einige Hemmnisse zu beseitigen: Die Anforderungen an PV-Fassadenelemente unterscheiden sich deutlich von denen, die an Standardmodule gestellt werden. Einerseits müssen sie bauphysikalisch und sicherheitstechnisch zusätzliche Kriterien erfüllen. Andererseits stellen Architekten und Bauträger hohe ästhetische und gestalterische Anforderungen hinsichtlich Farbe, Oberflächengestaltung und Format. Sie sind keine reinen Renditeprojekte. PV-Fassaden sind in erster Linie ein Bauprodukt und müssen den Vergleich mit konventionellen Fassaden bestehen. Forscher aus dem Bereich Anlagentechnik und Netzintegration) des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE Kassel untersuchten, wie bautechnische und baurechtliche Rahmenbedingungen für PV-Fassadenkomponenten verbessert werden können. Ziel war es, einen Leitfaden zu erstellen, der hilft, die bauordnungsrechtlichen Anforderungen an das Bauprodukt PV-Modul für die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung zusammenzufassen. Vor dem Einsatz als energetisch optimierte, qualitativ hochwertige Gebäudehülle muss nicht nur die Dauerhaftigkeit des Moduls, sondern auch die der eingesetzten Systemkomponenten unter Einsatzbedingungen getestet und belegt werden.

Entwicklung eines vergleichenden, ganzheitlichen Bewertungsschemas

Ihr Hauptaugenmerk richteten die Forscher darauf, welche baurechtlichen Anforderungen PV-Fassadenmodule erfüllen müssen und welchen Mehrwert diese gegenüber konventionellen Fassadensystemen bieten. Ziel ist es, Praktikern eine Planungssoftware für Fassadenprojekte mit multifunktionalen photovoltaischen Bauelementen zur Verfügung zu stellen. Diese soll es Planern, Bauherren, Investoren, Architekten und Fassadenbauern ermöglichen, unterschiedliche Fassadensysteme mit und ohne PV ganzheitlich zu betrachten und zu vergleichen.

Im Vordergrund steht nicht der höchstmögliche Ertrag, sondern die Aktivierung einer Gebäudehülle zur Nutzung lokaler Energieressourcen. Entscheidend für ein PV-Fassadensystem ist die gestalterische Einbindung in das Gebäudekonzept.

Höhere Anforderungen an Systemkomponenten

Zugleich müssen Sicherheit, Qualität und Langzeitstabilität der Komponenten gewährleistet sein. Nicht nur die PV-Module müssen an den Anwendungsbereich in der Fassade angepasst werden, sondern auch die komplette Systemtechnik, von der Bypass-Diode, den Energiewandlungseinheiten, der Leitungsführung bis bin zum Monitoring.

In Kooperation mit mehreren Industriepartnern konzentriert sich die Arbeit auf die hohen Anforderungen, die an die Qualität von PV-Fassadenelementen und integrierten Systemkomponenten gestellt werden. Gemeinsames Ziel war es, technische und normative Hemmnisse zu beseitigen, die einer weiteren Verbreitung von PV-Fassaden zurzeit im Wege stehen.

Dazu wurden Qualitätsstandards entwickelt, die sich speziell auf den Einsatz von PV-Komponenten in Fassaden beziehen. Zum einen betrifft das die Entwicklung von Normen- und Richtlinienvorschlägen, die entweder vorhandene Normen ergänzen oder in die europäische BIPV-Norm aufgenommen werden können. Ebenso wichtig ist es, Auslegungskriterien für die geeignete Bemessung von PV-Fassadenelementen und PV-Systemkomponenten in unterschiedlichen Anwendungen zu erarbeiten.

Für eine erfolgreiche Vermarktung der neuen Technologie ist es nach Einschätzung der Forscher nötig, sichere, bauphysikalisch funktionierende, energetisch und wirtschaftlich optimierte PV-Fassadensysteme für Neubau und Sanierung zu entwickeln und bekannt zu machen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Multielement II“ konnte das Fraunhofer IEE den Wissenstransfer zwischen Forschung und Industrie fördern und zu einer kontinuierlichen Produktverbesserung beitragen. Darüber hinaus unterstützte das Institut die Vernetzung der Akteure sowie die Gründung der Allianz BIPV.

Flexible organische Photovoltaik-Elemente für Membrandächer

Ein weiteres mögliches Anwendungsfeld für den Einsatz von Photovoltaik können großflächige Dächer und Fassaden, beispielsweise von Bahnhöfen, Flughäfen oder Stadien sein. Dort werden große, lichtdurchlässige Fassaden- und Dachelemente eingesetzt. Diese bestehen beispielsweise aus witterungsbeständigen fluorpolymeren Kunststoffen wie Ethylen-Tetra-Fluor-Ethylen (ETFE). Diese sind leichter und flexibler als Glas, jedoch im Gegensatz dazu schwierig zu beschichten. Im Projekt FLEX-G untersuchen Forscher, wie dieses Material mit Funktionsschichten ausgestattet werden kann, beispielsweise mit einer Wärmeschutzbeschichtung oder integrierten Solarmodulen. Ihr Ziel ist es, Rolle-zu-Rolle Beschichtungsverfahren zu entwickeln, mit denen großflächige Funktionsschichten direkt auf einer flexiblen ETFE-Folie aufgebaut werden.

Der Projektpartner und Hersteller organischer Dünnschicht-Solarzellen, die Firma Heliatek, untersucht, wie großflächige flexible organische Solarzellen direkt in ETFE Membranen integriert werden können. Die Forscher arbeiten daran, OPV-Solarfolien in ETFE-Kissen einzubetten sowie deren Serienfertigung, angepasst an die spezifischen Anforderungen im Membranbau, vorzubereiten. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP untersuchen die Rolle-zu-Rolle Beschichtung der Folie mit optoelektronisch aktiven Schichten. Die neuen Funktionsschichten sollen auf einem 36 m2 großen Membrandach erprobt werden, in dem dann flexible, organische Solarzellen sowie elektrochrome Bauelemente zur Schaltung des Gesamtenergiedurchlassgrades integriert werden.

(gh)

Merkzettel

Adressen

Projektleitung MULTIELEMENT II
Fraunhofer IEE

Projektleitung FLEX-G
Fraunhofer FEP

Links

BIPV
Website der Allianz für Bauwerksintegrierte Photovoltaik

Solar Age
B2B-Portal mit Datenbank für solare Gebäude

MULTIELEMENT II
Abschlussbericht des Verbundprojekts bei der TIB Hannover

AG 6 - Adaptive und aktive Gebäudehüllen
Arbeitsgruppe des Forschungsnetzwerks Energie

ENERGIEWENDEBAUEN
Projekte, Berichte, Nachrichten
und Analysen aus der Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesen Projekten:

MULTIELEMENT II
FLEX-G