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, dieter.moor@ertex-solar.at, www.ertex-solar.at [^]