Gebäudeintegrierte Photovoltaik

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Solarfassadensektor des Humboldt-Gymnasiums in Bad Homburg

Gebäudeintegrierte Photovoltaik (GiPV), häufig auch BiPV (von englisch Building-integrated Photovoltaic) genannt, steht für die Integration von Photovoltaikmodulen in die Gebäudehülle, wobei nicht nur die klassische Energiegewinnung (Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie) sondern auch weitere Funktionen gewünscht werden. Die Fachgruppe „Photovoltaik in Gebäuden“ [1] unter dem Dach des Bundesverbandes für Bausysteme e. V. beschreibt BiPV als eine architektonische, bauphysikalische und konstruktive Einbindung von PV-Elementen in die Gebäudehülle unter Berücksichtigung der multifunktionalen Eigenschaften des PV-Moduls. Multifunktionalität können dabei Witterungsschutz, Wärmedämmung, Abschattung, Ästhetik und Design sowie Sichtschutz, Schalldämmung, elektromagnetische Schirmdämpfung, Einbruchsschutz, Lichtlenkung und -leitung sein.

Einsatzbereich[Bearbeiten]

GiPV/BiPV-Anwendungen

BiPV wird im Bereich der Dachintegration, der Fassaden-, Fenster- und Verschattungslösungen eingesetzt. Dabei sind projektorientierte Varianten (angepasst an das jeweilige Gebäude) in Größe, Form, Material, Farbe, Varianz in der Transparenz und Design gewünscht, um ein möglichst homogenes Gesamterscheinungsbild zu erreichen.

Verwendete Module[Bearbeiten]

Um den architektonischen Ansprüchen und der gewünschten Multifunktionalität Rechnung zu tragen, wird eine Anpassungsfähigkeit der PV-Module bezüglich Größe, Form und eingesetzter Materialien gewünscht. Auch den verschiedenen mechanischen und elektrischen Integrationsanforderungen muss Rechnung getragen werden.

Grundsätzlich gibt es zwei Varianten von Technologien, die für Module für BiPV genutzt werden können:

Kristalline Module[Bearbeiten]

Kristalline Module werden basierend auf mehreren Silizium-Wafern, meist in serieller Verschaltung, aufgebaut. Das Rastermaß der Variation in der Größe ist durch die Größe der Wafer und der notwendigen Freiräume für die Verschaltung und Isolation bestimmt. Diese belaufen sich auf 15–25 cm. Beim Zellmaterial unterscheidet man zwischen monokristallinem und polykristallinem Silizium, die sich in ihrem Wirkungsgrad unterscheiden. Dieser gibt an, wie viel Prozent der einstrahlenden Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. (Mono-)Kristalline Module bieten heute den höchsten Wirkungsgrad (15–20 %) bei optimaler Ausrichtung. Im BiPV ist meistens jedoch eine solch optimale Ausrichtung (z. B. Fassade mit vertikaler Ausrichtung) nicht gegeben. Des Weiteren sind kristalline Lösungen sehr anfällig gegenüber Verschattungen und einer Reduktion der Leistung bei hohen Temperaturen, die in Gebäudeanwendungen häufig vorkommen. Daher ist es ratsam, eine Simulationssoftware zur wahren Energieausbeute einzusetzen. Kristalline Lösungen haben eine hohe Variabilität in der Auswahl des Verpackungsmaterials, was für BiPV sehr positiv ist. Verschiedene Glasdicken, aber auch Kunststoffe können verwendet werden, jedoch sind kristalline Zellen sehr bruchanfällig und können nicht gebogen werden. Semitransparenz in einfachen Mustern kann ebenso erzeugt werden.

Dünnschicht-Module[Bearbeiten]

Dünnschicht-Module werden auf ein Substrat (meistens Glas) aufgetragen. Bei der Glassubstrat-Variante ist eine Größenvarianz nur sehr eingeschränkt möglich. Auch die Materialauswahl bei dieser Variante des Substrats ist sehr eingeschränkt, da während des Prozesses des PV-Zellaufbaus sehr hohe Temperaturen verwendet werden, die gewisse Variationen im Glas (zum Beispiel Sicherheitsglas) nicht möglich machen.

Andere Dünnschicht-Lösungen werden z. B. auf Kunststoff oder Metallbändern (Stahl, Kupfer) aufgebracht. Diese Lösungen offerieren derzeit den höchsten Variationsgrad in Größe und Verpackung und erlauben es, auch flexible und sehr leichte Lösungen (Kunststoff/Kunststoff) anzubieten. Dünnfilm-Lösungen haben derzeit Effizienzen von 6–14 % abhängig von der verwendeten Technologie, haben eine bessere Ausbeute bei suboptimaler Ausrichtung (Streulicht, Schwachlicht) und sind in ihrer Leistung weniger temperaturabhängig.

Spezielle Förderungen[Bearbeiten]

Verschiedene politische Maßnahmen fördern den Einsatz von BiPV: Angetrieben von den 20-20-20-Zielen[2] und dem Wunsch, energie-autarke Gebäude zu fördern, werden in manchen Ländern (z. B. Italien, Frankreich) zusätzlich zu den Einspeisevergütungen (siehe Deutschland EEG) erhöhte Tarife für BiPV angeboten.

Gebäuderichtlinien[Bearbeiten]

Ein starker Treiber für den Einsatz von BiPV sind die sukzessiven Verschärfungen von Richtlinien bezüglich des energetischen Verhaltens von Gebäuden (Nullenergiehaus, CO2-Fußabdruck). In Deutschland gilt hier die EnEV als Referenz, die sich auf die EU-Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden[3] stützt. Des Weiteren gibt es länderabhängige nachhaltigkeitsbezogene Gebäudebewertungen mit unterschiedlichen Qualitätsstufen, die ebenfalls hohe energetische Gebäudequalität und geringe Umweltwirkungen fördern. Beispiele hierzu sind das in den USA entwickelte Leadership in Energy and Environmental Design (LEED), BREEAM aus Großbritannien oder das Deutsche Gütesiegel Nachhaltiges Bauen.

Literatur[Bearbeiten]

  • Ingo Bert Hagemann: Gebäudeintegrierte Photovoltaik: Architektonische Integration der Photovoltaik in die Gebäudehülle. Müller, Köln 2002, ISBN 3-481-01776-6 (Zugleich Dissertation an der TU Aachen 2002).
  • Simon Roberts, Nicolò Guariento: Gebäudeintegrierte Photovoltaik, Ein Handbuch (Originaltitel: Building Integrated Photovoltaics, übersetzt von Büro Antoinette Aichele-Platen), Birkhäuser, Basel 2009/2013, ISBN 978-3-7643-9949-8
  • Thomas Seltmann: Photovoltaik: Solarstrom vom Dach. 4., aktualisierte Auflage, Stiftung Warentest, Berlin 2013, ISBN 978-3-86851-082-9.

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. http://bv-bausysteme.de/tl_files/bv-bausysteme/downloads/Positionspapier_BIPV_e.pdf
  2. 20-20-20-Ziele
  3. Richtlinie 2010/31/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 19. Mai 2010 über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden