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PV-VH-Fassade

Ein Forschungsteam der Technischen Universität Dresden untersuchte in Zusammenarbeit mit Beteiligten aus Industrie und Praxis die Weiterentwicklung und Integration der Photovoltaik-Dünnschichttechnologie in vorgehängte Fassaden mit farbigem Glas.

© Stefan Unnewehr, Institut für Baukonstruktion, TU Dresden

Vorgehängte hinterüftete Fassaden sind im Hochbau aufgrund vielfältiger Einsatz- und Gestaltungsmöglichkeiten beliebt und weit verbreitet. Sie kommen bei Bestandssanierungen wie bei Neubauprojekten gleichermaßen zum Einsatz. Der große Vorteil vorgehängter Fassaden liegt in der Trennung der Dämmebene und der Schutzschicht. Die dazwischenliegende Hinterlüftungsebene dient der Ableitung von Feuchtigkeit. Für eine mögliche Verkleidung gibt es unzählige Varianten: von horizontalen oder vertikalen Holzlatten über gelochte oder geschlossene Metallpaneele, Eternitplatten, Klinkervorsatzschalen und Betonfertigteile bis hin zu opaken Glaselementen.

Der Einsatz von Technologien zur Gewinnung regenerativer Energien beschränkt sich bisher fast ausschließlich auf kaum einsehbare, nicht repräsentative Dachflächen. Neue, noch wenig erprobte Produkte und eine vergleichsweise grobe Optik halten häufig Planer davon ab, die wesentlich größeren Fassadenflächen zu nutzen. An dieser Stelle setzte die Kooperation aus Spezialisten der Universität Dresden und Vertretern aus Industrie und Praxis an. Ziel des Forschungsvorhabens war es, grundlegende Voraussetzungen für die Integration von Photovoltaik-Elementen in farbige Glasfassaden zu schaffen, als Impuls für die industrielle Produktentwicklung und die Wettbewerbsfähigkeit im Bauwesen. Das Projekt wurde vom Bundesamt für Bauwesen und Raumforschung im Rahmen der Initiative Zukunft Bau gefördert. An dem Forschungsprojekt beteiligt waren neben den beiden Instituten der Technischen Universität Dresden, dem Institut für Baukonstruktion unter Leitung von Prof. Dr-.Ing. Bernhard Weller sowie dem Institut für Baubetriebswesen unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Peter Jehle, das Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) und die Industriepartner StoVerotec GmbH und Würth Solar GmbH & Co. KG. Auf Basis von Prozessen der Dünnschichttechnologie wurde die technische Realisierung in Versuchsständen und Modifizierungen geprüft und baurechtliche Rahmenbedingungen geklärt. Mechanische Belastungsprüfungen wurden im Rahmen des Projektes durchgeführt, Brandversuche beauftragt, sowie die Auswirkung von extremen Temperaturen getestet. Weitere Untersuchungen umfassten Lebenszyklus-Analysen, Wirtschaftlichkeit sowie Energie- und CO2-Einsparungen.

© StoVerotec GmbH, Lauingen

Ein wesentlicher Aspekt war die konstruktive Herstellung stabiler Paneele, d.h. die Befestigung der Photovoltaik-Dünnschichtmodule auf Fassadenpaneelen, die im Ergebnis durch eine gleichmäßige und intensive Farbwirkung überzeugen können. Mit der Firma DELO Industrie Klebstoffe wurde ein weiterer Spezialist und Industriepartner hinzugezogen. Im Versuch wurden unterschiedliche Varianten hinsichtlich Wirkungsgrad, Stabilität und Farbeindruck verfolgt, Elemente in den Farben grün, blau, rot und gelb wurden betrachtet. Als Ergebnis entstand der Prototyp eines Fassadenpaneels mit integriertem Photovoltaikmodul aus CIS-Solarzellen. Die Befestigung erfolgt verdeckt auf der Rückseite. Die maximale gestalterische und energetische Wirkungsfläche wird weder durch Punktglashalter noch durch Klemmleisten oder andere sichtbare Befestigungsmittel geschmälert. Die Oberfläche kann farblich flexibel gestaltet werden.

Die Wirtschaftlichkeit des Systems wurde unter Berücksichtigung der zum Versuchszeitraum üblichen Einspeisungsvergütung und Fördermöglichkeiten in Abhängigkeit von Farbe, Ausrichtung und Standort der Fassadenflächen für unterschiedliche Szenarien berechnet. Dabei ergaben sich für Südfassaden mit +/-30° Abweichung bei Farbmodulen mit bis zu 20% Leistungsverlusten an allen Standorten durchweg positive Bilanzen bei einer 20-jährigen Laufzeit. Die Energieerträge verschlechterten sich bei steigender Südabweichung und mit intensiveren Farben. Langzeitversuche und entsprechende Untersuchungsergebnisse fehlen derzeit noch. Mehrkosten im Vergleich zu einer herkömmlichen vorgehängten Fassade entstehen auch durch einen erhöhten Planungsaufwand. Für die Etablierung am Markt wird die Standardisierung der Herstellung und die damit verbundene Kostenentwicklung von entscheidender Bedeutung sein. Die für 2012 beschlossenen Kürzungen für Solarstrom stellen eine zusätzliche Herausforderung dar.

Die Gebäudeaußenhülle erfüllt bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Funktionen: neben rein gestalterischen Belangen werden Sonnenschutz, Lichtlenkung und klimatische Aspekte integriert. Gerade bei repräsentativen großen Projekten wird die Fassade dabei zur Projektionsfläche für ein Unternehmen oder eine Stadt. Aufgrund ihrer Fläche und Exponiertheit wohnt der Gebäudehülle – vergleichbar mit der menschlichen Haut – ein Potential inne, das neben der Außenwirkung auch die Energiebilanz eines Bauwerks signifikant und nachhaltig beeinflussen kann. Mit den entsprechenden Technologien und Materialien ergeben sich hier potenzielle Energiequellen, deren Erschließung noch in Kinderschuhen steckt.

© Friedrich May, Institut für Baukonstruktion, TU Dresden

Aktuelle Entwicklungen

Für die Weiterentwicklung in der Industrie kann das Forschungsprojekt als Erfolg verbucht werden. Die beiden beteiligten Firmen StoVerotec GmbH und Würth Solar GmbH & Co. KG sind am Markt mit jeweils eigenen Produkten vertreten. Die 1200 x 600 mm großen Paneele können stehend oder liegend montiert werden. Mit einer Gesamtstärke von 33 mm ist der Aufbau äußerst schlank. Die verklebten randlosen Elemente werden verdeckt befestigt, der Anschluss ans Stromnetz erfolgt "unsichtbar" an der Rückseite. Beschädigte Paneele können einzeln ausgetauscht werden und sind in den Farben Schwarz, Weiß, Rot, Grün, Gelb und Blau erhältlich. Verschieden farbige Fassadenplatten können beliebig untereinander oder mit anderen Materialien kombiniert werden, wobei die Befestigung stets gleich bleibt. Nicht aktive Elemente an Nordfassaden sind in der gleichen Optik lieferbar. Als weitere Variante, die sich z.B. für Firmenlogos anbietet, können die Paneele in allen RAL-Farben bedruckt werden. Bis dato bedarf das beschriebene System einer Zustimmung im Einzelfall. Die Hersteller haben bereits Erfahrungen mit der Realisierung gesammelt und unterstützen Architekten und Bauherrn von der Planung über Statik und Erwirken der ZiE bis zur Ausführung.

Weitere Informationen finden Sie hier 

Quelle: Kurzbericht Forschungsprojekt "Adaption und Weiterentwicklung der Photovoltaik- Dünnschichttechnologie für Kompositpaneele mit teils farbigem Glas für den Einsatz in vorgehängten hinterlüfteten Fassaden – PV-VH-Fassaden", Dipl. Ing. Claudia Hemmerle, Fakultät Bauingenieurwesen, TU Dresden

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