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2006-03: Photovoltaik im Aufschwung

AEE Projektinformationen und Service

klima:aktiv haus - Der Baustandard der Zukunft
Tagung am Freitag, 26. Jänner 2007 von 9:30 bis 13:30, Hotel Weitzer, Graz

Behaglichkeit, Qualität, Mehrwert

Dass nachhaltiges Bauen dem Baustandard der Zukunft sowie den künftigen Anforderungen der Nutzer entspricht, belegen zahlreiche Argumente. Stark steigende Energiepreise, höhere Komfortansprüche und zunehmendes Umweltbewusstsein der Endkunden sowie gezielte Anpassungen der Förderrichtlinien in den einzelnen Bundesländern sind wesentliche davon.
Dieser Entwicklung trägt bundesweit vor allem auch das Programm klima:aktiv haus mit der Ausarbeitung des klima:aktiv Gebäudestandards Rechnung. Dabei handelt es sich um ein unabhängiges Qualitätszeichen für Gebäude, das zukünftigen Nutzern eine besonders hohe Gebäudequalität garantiert.
Innerhalb dieser Veranstaltung soll der klima:aktiv Gebäudestandard mit Vertretern von Bund und Land, Wohnbauträgern, Fertighausherstellern sowie Fachleuten aus der Baubranche diskutiert werden.

Tagungsschwerpunkte

• Eröffnung der Veranstaltung durch den Wohnbaulandesrat Seitinger
• Ehrung der ersten klima:aktiv Partner in der Steiermark
• Das 1000 Punktesystem der klima:aktiv Qualitätskriterien
• Podiumsdiskussion mit Wohnbauexperten zum Thema „Nachhaltiges Bauen“
• Vorteile für BewohnerInnen durch die neue ökologische Wohnbauförderung Steiermark

Veranstalter

Die Veranstaltung ist kostenlos – um Anmeldung wird gebeten:
Email: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
http://veranstaltungen .aee-intec.at

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2006-03: Photovoltaik im Aufschwung

Impulsprogramm Nachhaltig Wirtschaften

Mit über 2000 m² Nutzfläche ist SOL4 das größte Passivhausprojekt im Osten von Österreich. SOL4 wurde im Rahmen des Impulsprogramms Nachhaltig Wirtschaften des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie realisiert.

SOL4 Pilotprojekt Ökobau

Von Johannes Stockinger und Klaus Kiessler*

SOL4 ist ein Vorzeigeprojekt für ökologisches und nachhaltiges Bauen. Durch die Verwendung von natürlichen Baumaterialien wie Stroh als Dämmstoff, Lehmziegeln und anderer innovativer Dämmstoffe sowie der Photovoltaikanlage erreicht das Bürogebäude Passivhausstandard.
Das Planungsteam, bestehend aus Architektin, Gebäudetechnik- und Photovoltaikplanern entwickelte ein ganzheitliches Konzept, das bis hin zu schadstofffreien Baustoffen alles berücksichtigte. Neue Baustoffe und eine Photovoltaikfassade sind die Highlights für ökologisches und nachhaltiges Bauen in Niederösterreich. Für die Photovoltaik stand der Doppelnutzen der ästhetischen Gebäudehülle, verbunden mit einem aktiven Energiebeitrag aus der Sonne, im Vordergrund. Die Ökoeffizienz des Gebäudes wurde mehrfach verbessert, der Energiebedarf der Haustechnik wird durch den Ertrag der Photovoltaikanlage gedeckt.

Baustoffe und Konstruktion

Ein Teil der tragenden Struktur wurde aus Stahlbeton gefertigt. Innenwände wurden aus gebrannten Ziegeln und aus großformatigen Lehmziegeln hergestellt. Aus Lehmziegeln wurden auch tragende Innenwände gefertigt. Dämmstoffe wie Stroh und Mineralschaumplatten kamen zum Einsatz. Strohgedämmte Fertigteile wurden als clip-on Fassaden hinter der Photovoltaik-Anlage montiert.
Ein wichtiger Punkt war die leichte Trennbarkeit der einzelnen Materialien. Recyclingfähige Materialien wurden bevorzugt verwendet, insbesondere die Kombination aus Ziegel und Mineralschaumplatte erlaubt eine praxisgerechte Wiederverwertung (es dient als Ausgangsmaterial für Recycling-Ziegel).

Abbildung 1: SOL4 ist ein Büro- und Seminarzentrum für ökologisches Planen, Bauen und Arbeiten

Energiekonzept

Das Energiekonzept des Bürogebäudes beinhaltet eine Erdsondenanlage als Wärmetauscher, Wärmepumpen als Wärme- und Kälteerzeuger und für die Warmwasserbereitung eine thermische Solaranlage (siehe auch Abbildung 2). Die Erdsonden werden als primäre Energiequelle für die Sommerkühlung und für die Heizung im Winter genutzt. Sieben Bohrungen mit ca. 80 m Bohrtiefe ergeben eine Bohrsondenlänge von ca. 560 m. Im Sommer wird die Erdreichenergie direkt zur Kühlung verwendet („free cooling“).
Für die Heizung und Kühlung stehen zwei Wärmepumpen zur Verfügung. Diese sind zwei umkehrbare Wasser- Wasser- Wärmepumpen mit insgesamt 54 kW Kühlleistung und 48 kW Heizleistung. Wärme und Kälteverteilung erfolgt über ein Wasserrohrnetz mit Anbindung an die Betonkernaktivierung, sowie einem Zuluftrohrnetz.
Es gibt eine zentrale Lüftungsanlage für die Büros mit 85% Wärmerückgewinnung durch einen Rotationswärmetauscher. Für die Seminarräume und die Fitnessräume wurden Zentrallüftungsanlagen mit 80% Wärmerückgewinnung mittels Gegenstromplattentauscher eingebaut. Generell wurden in den Lüftungsanlagen nur sparsame Ventilatoren installiert.
Eine thermische Solaranlage mit 36 m² Kollektorfläche garantiert eine nahezu 100%ige Deckung des Warmwassers im Sommer. Ein 2500-Liter Kombisolarspeicher stellt die Wärme für den Fitnessbereich zur Verfügung.

Abbildung 2: Prinzipschema für Heizung, Lüftung und Kühlung des Bürogebäudes

PV-Anlage

Die Photovoltaik Anlage ist die zweitgrößte fassadenintegrierte Anlage in Österreich. Die Photovoltaikmodule befinden sich auf der Fassade auf allen vier Himmelsrichtungen. Die Nordfassade wurde mit Modulen eingekleidet die aus den engen Leistungstoleranzen der Standardmodule fielen. Diese Module sind statisch und optisch einwandfrei jedoch für den Hersteller quasi Ausschuss.
Um mit den vorgegebenen Baumaßen eine homogene Fassadengestaltung zu erreichen, mussten zudem einige eigens angefertigte Module mit genau vorgegebenen Maßen montiert werden. Diese Module werden wie die Module an der Nordfassade nur aus optischen Gründen montiert. Sie spielen in der Verschaltung und Stromgewinnung keine Rolle.

Tabelle 1: Technische Daten der fassadenintegrierten Photovoltaikanlage

Abbildung 3: Konstruktionsdetails PV – Fassade: Klemmdetail mit Stützschiene (Quelle: ATB Antennen Umwelt Technik Becker)

Abbildung 4: PV-Module mit insgesamt 30 kW_p in der Fassade liefern einen simulierten Jahresenergieertrag von 15.670 kWh/a

Regen- und Brauchwasserkonzept

Der schonende Umgang mit Ressourcen gehört zu einem nachhaltigen Gebäudekonzept. Aus diesem Grund wurde auch für das SOL4 – Projekt ein Regen- und Brauchwasserkonzept erarbeitet. Ansätze für das Konzept waren, die Nutzung der Regenwässer für die Bewässerung der Grünflächen und die Vermeidung von versiegelten Flächen. Keine asphaltierten Flächen, Verwendung von versickerungsfähigen Fahrbahnbelägen und Pflasterungen.

Gesundheit und Innenraumklima

Durch die Verwendung von natürlichen Rohstoffen wie Lehmziegel für einen Teil der Innenwände wurde ein angenehmes Raumklima geschaffen. Auch die Lüftungsanlagen tragen einen wesentlichen Teil für ein gesundes Innenraumklima bei. Im Innenausbau kamen schadstofffreie und lösungsmittelarme Farben und Platten zur Anwendung.
Bei einer Formaldehyd-Messung lagen die Werte unter der Bestimmungsgrenze und daher in einem sehr niederen Bereich.
Holzwerkstoffe stellen in der Regel die Hauptquelle für eine Formaldehyd-Emission dar. Die Emission wird wesentlich durch die Temperatur und die Luftfeuchte beeinflusst.

Abbildung 5: Natürliche Rohstoffe schaffen ein angenehmes Innenraumklima

Schlussfolgerung

SOL4 ist die Antwort auf das Bürogebäude der Zukunft. Das ökologische Passivhaus erfüllt alle Kriterien eines innovativen Bürohauses mit einem qualitativ hochwertigen Arbeitsumfeldes mit Förderung der sozialen Kontakte durch zahlreiche Treffpunkte im nach innen offenen Gebäude. SOL4 ist ein Büro- und Seminarzentrum für ökologisches Planen, Bauen und Arbeiten, das die Kooperation von Firmen unterstützt.

*)Dipl.-HTL-Ing. Johannes Stockinger MSc ist Abteilungsleiter für Forschung und Entwicklung,
Bmst. Ing. Klaus Kiessler ist Unternehmensleiter von Medilikke Immobilien Bauträger GmbH in Mödling, www.solar4you.at
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2006-03: Photovoltaik im Aufschwung

AEE Projektinformationen und Service

Mitten im sanften Hügelland der Oststeiermark liegt der Bauernhof der Familie Neuwirth. Der Imker und Bierbrauer ist bekannt für die schonende und naturbelassene Gewinnung seiner Produkte. Und die schmeckt man auch in all seinen sonstigen Produkten welche er auf seinem Bauernhof produziert.

Erste solare Brauerei

Von Sepp Schröttner*

Walter Neuwirth braut schon seit neun Jahren auf seinem Hof insgesamt fünf verschiedene Biersorten. Um einerseits das Bier möglichst natürlich und ressourcenschonend zu brauen und um andererseits den Einsatz von elektrischer Energie weitestgehend zu reduzieren hatte Walter Neuwirth schon lange die Idee, die Erwärmung des Bieres beim Brauvorgang mit erneuerbarer Energie abzudecken. Die jahrelangen Erfahrungen mit der eigenen Solaranlage zur Warmwasserbereitung und die steigenden Energiekosten waren der Anstoß, auch die hofeigene Bierbrauerei mit einer Solaranlage zu ergänzen.

Solar-Hightech

Das mit einer Standardsolaranlage nur schwer erreichbare Temperaturniveau von ca. 100°C, welches bei jedem Brauvorgang benötigt wird, und die komplexe Anlage war Anlass, sich an die AEE INTEC in Gleisdorf zu wenden und ein Umsetzungskonzept ausarbeiten zu lassen.
Mit einem speziell neu entwickelten Flachkollektor ist es nun möglich, einen sehr hohen Ausnutzungsgrad der Sonne zu erreichen. Die insgesamt 20 m² Kollektorfläche mit einer Leistung von 14 kWth speisen mittels Vorrangschaltung in einen 850 Liter fassenden Pufferspeicher. Aus diesem Pufferspeicher wird die Energie für den gesamten Brauprozess geliefert.

Die Solaranlage

Die Wärme aus dem Kollektor wird über ein Wärmeträgermedium in den Pufferspeicher transportiert. Die Umwälzung des Mediums erfolgt mit Hilfe von zwei separaten Pumpen.
Eine elektronische Regelung sorgt dafür, dass die Pumpen nur dann in Gang gesetzt werden, wenn ein Energiegewinn vom Sonnenkollektor zu erwarten ist, d.h. wenn das Wärmeträgermedium im Kollektor wärmer ist als das Medium im Speicher.

Der Brauvorgang

Zu Braubeginn erfolgt das Erwärmen des Warmwassers über einen Plattenwärmetauscher der aus dem Pufferspeicher gespeist wird.
Über spezielle Wärmetauscher in den Sudkesseln wird dann das Bier während des Brauprozesses aus dem Puffer temperaturgesteuert auf nahezu 100°C erwärmt. Die Rückläufe aus diesen Wärmetauschern werden dann über eine spezielle Schichtladeeinheit in das entsprechende Temperaturniveau in den Pufferspeicher wieder eingeschichtet, um so ein optimales Speichermanagement zu erreichen. Das so geschmackvoll gebraute Sonnenbier aus steirischen Zutaten ist vollmundig, leicht gehopft und mit nur 4,5 Prozent Alkohol und einer feinen Kohlensäure leicht bekömmlich.

Abbildung 1: Einsparung durch hohen Solardeckungsgrad

Einsparung durch hohen Solardeckungsgrad

Falls die Sonne nicht scheint bzw. um den Brauprozess mit der entsprechenden Qualität dennoch durchführen zu können, wird die benötigte Energie elektrisch oder mit einem Stückholzkessel nachgeheizt. Im Winter reicht bei geringer Sonneneinstrahlung die Energie der Sonne aber trotzdem für eine Vorwärmung des Speichermediums. Mit der auf den Jahresbedarf abgestimmten Solaranlage werden mehr als 7000 kWh elektrischer Strom eingespart bzw. ein solarer Deckungsgrad von ca. 70% erzielt.
Gerade dieses Projekt zeigt das es durchaus möglich, ist die Energiequelle Sonne auch für gewerbliche Anwendungen wirtschaftlich nutzen zu können.

Beteiligtes Unternehmen: Met Bräu VertriebsGes.m.b.H. Walter Neuwirth, 8200 Gleisdorf, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, www.bauernhof-neuwirth.at

Weitere Infos:
Die Entwicklung des Systemkonzepts und die Vermessung der anlage wird vom IEA-SHC-Projekt "Solar Heat for Industrial Processes" unterstützt: www.iea-ship.org

*) Ing. Sepp Schröttner ist Mitarbeiter der AEE INTEC in Gleisdorf, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, www.aee-intec.at [^]

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2006-03: Photovoltaik im Aufschwung

Gebäudeintegration

Photovoltaikanlagen wurden bislang vorwiegend als reine Stromproduktionsanlagen angesehen. Dabei lassen sich mittels der PV-Technologie, in Verbindung mit der herkömmlichen Glas- und Fassadentechnik funktionelle und architektonisch interessante Projekte realisieren.

Potovoltaik Gebäude-Integration von ertex-solar

Von Dieter Moor*

Die eigentliche Aufgabe der PV-Technologie, nämlich die Stromproduktion, tritt dabei oftmals in den Hintergrund, da beispielsweise die Ästhetik eines PV-Gebäudes einen hohen innovativen Stellenwert besitzt.
Viele Argumente sprechen für einen vermehrten Einsatz der Photovoltaik (PV) in der Gebäudeintegration. Funktionen, die von gewöhnlichen Fassadensystemen auch bisher schon geforderte waren, wie Wetterschutz, Wärme- und Schalldämmung, können auch von einer PV Fassade übernommen werden. Darüber hinaus fungiert die PV Fassade oder das PV Dach als besonderes gestalterisches Element, wodurch ein Imagegewinn aufgrund der besonderen Ästhetik zu erwarten ist. Unter geringem Wartungsaufwand kann zudem über Jahrzehnte elektrische Energie gewonnen werden.
Eine grobe Unterscheidung kann zwischen Dach- und Fassadenanwendungen getroffen werden. Dies auch speziell deswegen, da in Dachbereichen etwa Atrium- oder Wintergartenverglasungen höhere Anforderungen an die Sicherheit gefordert sind (Durchbruchsicherheit).

Abbildung 1: Gemeindezentrum Ludesch (Vorarlberg), ertex-solar Module 17,5 kW installierte Leitung mit semitransparenten Zellen der Firma sunways

Aufbau von Modulen

Üblicherweise setzt sich der Aufbau von Standardmodulen folgenderweise zusammen. An der Außenseite (Sonnenseite) befindet sich eine Glasscheibe, dahinter liegt eine EVA Folie (Ethylen-Vinyl-Acetat) welche die PV Zellen mit einer darauf folgenden EVA Folie verklebt. Auf der Innenseite wird abschließend eine Tedlarfolie aufgebracht die das Modul einkapselt. Diese Module sind nicht für jeden Anwendungsfall einsetzbar, etwa für hohe Fassaden oder Horizontalverglasungen. Abweichend vom oben erwähnten Schichtaufbau wurde von der Firma ertex-solar aus Amstetten ein Modul in Verbundsicherheitsglastechnik entwickelt. Zum Unterschied zu Standard Modulen werden beim ertex-solar VSG Modul andere Folien nämlich eine PVB Folie (Polyvinylbutyral) und statt der hinteren Tedlar Schicht eine Glasscheibe verwendet (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2: Modulaufbau mit PVB-Folie, speziell für Überkopfverglasungen

Die besonderen Vorteile dieser Technologie sind die Durchbruchsicherheit, die Überkopftauglichkeit sowie die Möglichkeit verschiedenste Modulaufbauten zu realisieren (Glas-Glas, Isolierglas, VSG-Isolierglas, Siebdruck, Schallschutz…). Aufgrund der speziellen Produktionsweise in einem Autoklav (93.000 l Fassungsvermögen) sind Supersize-Module bis 12,5 m2 mit den Modulabmessungen von 2,44 x 5,10 m machbar.
Unterschiedliche Transparenzgrade sind durch verschiedene Modulkonzepte und Zellauswahl möglich. Einerseits kann das durch den Zellabstand realisiert werden, andererseits durch semitransparente Zellen oder amorphes Silizium (aSi Dünnschicht-Technik).

Lichtdurchlässiges Photovoltaik-Dach

Erst vor wenigen Wochen wurde das Gemeindezentrum in Ludesch eröffnet bei dem ein neuartiges lichtdurchlässiges Photovoltaik-Dach realisiert wurde (siehe Abbildung 1). Das Glasdach des Gemeindezentrums wurde mit lichtdurchlässigen Photovoltaik-Modulen der Ertex Solar GmbH (www.ertex-solar.at) ausgestattet. Die Module besitzen eine Lichtdurchlässigkeit von etwa 18 %. Die teilweise Lichtdurchlässigkeit der PV-Module ergibt besonders angenehme Licht-Schatten-Verhältnisse im Bereich des Dorfplatzes, die das Erscheinungsbild des Gemeindezentrums maßgeblich mitprägen.
Die Photovoltaik-Module für das Sonnendach des Gemeindezentrums Ludesch wurden von der Ertex Solar GmbH speziell für die örtlichen Anforderungen gestaltet. Die Module wurden sowohl hinsichtlich ihrer Größe, der verwendeten Solarzellen der Firma Sunways (www.sunways.de) und der Anordnung der Solarzellen im Modul optimal auf die örtlichen Gegebenheiten abgestimmt. So ist gewährleistet, dass die Module nicht nur die geforderte optische Ästhetik bieten, sondern sowohl im Winter wie auch im Sommer trotz unterschiedlicher Sonnenstände bzw. Schattenwürfe des Glasdachs optimale Energieerträge liefern.

Verschaltung der PV Module

In Abbildung 3 ist veranschaulicht, dass bei unterschiedlichen Sonnenständen zwischen Winter und Sommer die jeweiligen Felder des Moduls aktiv sind. Ein abgeschatteter Bereich, der selbst im Sommer durch den Hochpunkt der Shedkonstruktion abgeschattet wird ist mit elektrisch funktionslosen Zellen belegt (sog. Dummy). Der mittlere Bereich sowie der Hochpunkt werden zur Gänze im Sommer bestrahlt. Beim tiefsten Sonnenstand im Winter wird letztlich nur der obere Bereich zur Stromgewinnung genutzt. Dieses spezielle Verschaltungsbild hat den Vorteil, dass eine sehr gute Gesamtanlagenperformance erreicht werden kann.

Abbildung 3: Prinzipskizze über die spezielle Modulverschaltung um optimale Erträge zwischen Sommer- und Wintersonnenstand zu gewährleisten

Abbildung 4:Lichtdurchlässiges PV Dach am Gemeindezentrum in Ludesch (Foto: ertex-solar)

Anlagenkennzahlen

In das insgesamt 350 Quadratmeter große Sonnendach des Gemeindezentrums Ludesch wurden 120 Photovoltaik-Solarmodule integriert. Die Module haben eine typische Größe von 2,26 x 1,07 Metern und eine Fläche von etwa 2,4 m² Das gesamte Sonnendach hat bei optimaler Sonneneinstrahlung eine elektrische Spitzenleistung von rund 17,5 Kilowatt. Jährlich werden rund 16.000 kWh umweltfreundlichen Stroms erzeugt. Mit dieser Menge könnte man fünf Durchschnittshaushalte versorgen.
Durch den Dreifachnutzen der PV-Module (Sonnenschutz, Witterungsschutz, Stromerzeugung) konnten erhebliche Kostensynergien genutzt werden, da die Kosten für eine konventionelle Verglasung und Verschattung entfielen. So hätten sich alleine die Kosten für die konventionelle Verglasung auf € 88.000 belaufen. Die ohne PV-Anlage notwendigen Verschattungseinrichtungen (z. B. Membrankonstruktion mit Motorführung) hätten Kosten in der Größenordnung von rund € 100.000 verursacht. Mit Mehrkosten für die Photovoltaik in der Höhe von ca. 100.000 € kann über Jahrzehnte hinweg ökologischer Strom geerntet werden.

*) Dipl.-Ing. Dieter Moor ist Mitarbeiter der ertex-solar GmbH in Amstetten, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, www.ertex-solar.at [^]