Photovoltaik-Module an Gebäudefassaden haben bisher nicht den großen Durchbruch geschafft. Doch das enorme Flächenpotenzial der Fassaden darf nicht ungenutzt bleiben, wenn sich in Deutschland wie geplant der Solaranteil am Energieverbrauch bis 2030 mehr als verdreifachen soll. Im Forschungsprojekt „Solar-Envelope-Center“ will daher ein Netzwerk aus Industrie- und Forschungspartnern „Normallösungen“ für die PV-Integration an Gebäudehüllen entwickeln.
„Während sich fast jedes Dach mit relativ geringem Aufwand mit Photovoltaik ausstatten lässt, sind herkömmliche PV-Module für Fassaden in der Regel ungeeignet“, erläutert Christian Luft, Experte für Energiemanagement beim Stuttgarter Beratungs-, Planungs- und Projektmanagement-Unternehmen Drees & Sommer. „Integrieren lassen sie sich nur mit einem unverhältnismäßig großen technischen und finanziellen Aufwand.“
Projekt Solar-Envelope-Center
Solarmodule an Fassaden gelten also bislang meist als zu teuer, zu kompliziert und nicht zuletzt – im Vergleich zu Dachanlagen – als zu wenig ertragreich. Doch das muss und darf nicht so bleiben. Drees & Sommer beteiligt sich daher am Anfang 2023 gestarteten Verbundforschungsprojekt Solar-Envelope-Center, das voraussichtlich noch bis Ende 2025 läuft. Unter Federführung des Freiburger Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) arbeiten dabei Industrieunternehmen und Forschungszentren an standardisierten Lösungen, die es künftig ermöglichen sollen, PV-Anlagen technisch einfach, schnell und kostengünstig an die Gebäudefassade zu bringen.
Solche Lösungen sind dringend notwendig, wenn es mit den Plänen der Bundesregierung klappen soll, den Solaranteil am Energieverbrauch bis 2030 mehr als zu verdreifachen. „Um das Ziel von 200 Gigawatt Solarenergie bis 2030 zu erreichen, müssen wir die installierte PV-Kapazität vervielfachen.“, bekräftigt Christian Luft. Ohne das riesige Flächenpotenzial der Fassaden stärker zu nutzen, sei dieses Ziel aber nicht zu schaffen. „Derzeit fehlen uns die standardisierten Planungsinstrumente, um Photovoltaik sowohl technisch als auch wirtschaftlich an den Fassaden anzubringen“, bekennt Luft. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Projekt Solar-Envelope-Center soll genau das ändern.
„Bisher handelt es sich bei PV-Anlagen an den Fassaden überwiegend um Speziallösungen, die Beteiligte sehr mühsam erarbeiten müssen“, erklärt Dr. Helen Rose Wilson die Ausgangslage. „Unsere Forschung soll konkrete, zum Teil standardisierte Lösungen aufzeigen, die Anwendende dann je nach Projektanforderungen kombinieren und weiter ausarbeiten können“, fügt die Projektleiterin des Fraunhofer ISE hinzu.
Fassaden-PV in der Praxis
Zu den bisherigen Vorzeigeprojekten bei der PV-Integration in Fassaden zählt zweifellos das neue „Rathaus im Stühlinger“, das im November 2017 in Freiburg eröffnet wurde. Der von Ingenhoven Architects entworfene Neubau beherbergt nicht nur ein modernes Bürgerservicezentrum (BSZ), auch die Gebäudehülle ist ein Paradebeispiel für modernes, klimabewusstes Bauen.
Rund 800 Photovoltaik-Module an der Fassade und auf dem Dach machen den Verwaltungsbau an der Fehrenbachallee, in dem 840 städtische Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten, zu einem echten Plusenergiehaus . Der 22.650 m2 große Neubau (Nettogrundfläche) erzeugt über die Solarmodule an der Gebäudehülle mehr Energie als er für Heizen, Kühlen, Lüften und Beleuchten selbst benötigt. Die überschüssige Energie wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist.
Auch Drees & Sommer hat seinen Büroneubau „OWP 12“ in Stuttgart als Plusenergiegebäude konzipiert und dabei jede Menge Solarmodule verbauen lassen. Dafür wurde neben dem Flachdach auch die Süd- und Westseite der Fassade genutzt. Insgesamt wird auf knapp 700 m2 Fassadenfläche ein Ertrag von jährlich rund 70 Megawattstunden grünem Strom gewonnen. Es hätte sogar noch mehr sein können, aber Drees & Sommer realisierte auf rund 100 m2 Fläche auch noch eine imposante Fassadenbegrünung. Mehr Infos zu diesem Projekt gibt es übrigens im BaustoffWissen-Beitrag „ Wie funktionieren Fassadenbegrünungen? “
Drees & Sommer setzte beim OWP 12 auf eine innovative Fassadenkonstruktion, die nach Angaben des Unternehmens sehr hohe Anforderungen an Schallschutz und Wärmedämmung erfüllt und trotzdem – inklusive der PV-Elemente – nur 210 mm dick ist. Auch optisch stelle die integrierte Photovoltaik „eine sehr ästhetische Lösung“ dar – so Drees & Sommer in einer Pressemitteilung.
PV-Anlagen als Multitalente
Die beiden Praxisobjekte in Freiburg und Stuttgart gehören freilich zu den oben bereits erwähnten Speziallösungen, die für den jeweiligen Einzelfall extra erarbeitet wurden. Im Rahmen von Großprojekten mag das wirtschaftlich vertretbar sein. Für die breite Anwendung von Fassaden-Photovoltaik bedarf es künftig aber standardisierte Lösungen. Die soll das Projekt Solar-Envelope-Center nun hervorbringen.
„Auch wenn Solaranlagen auf den Dächern ertragreicher sind, lohnt es sich durchaus auch in die PV-Anlagen an den Fassaden zu investieren“, ist Kai Babetzki überzeugt. „Wer klimaneutral und damit zukunftsfähig bauen will, muss wortwörtlich über den ‚Dachrand` hinausdenken“, ergänzt der Experte für Energiemanagement bei Drees & Sommer, der das Forschungsvorhaben zusammen mit Christian Luft in den nächsten Jahren begleitet.
Lohnend könnte die Technik vor allem dann werden, wenn sie nicht nur der Stromgewinnung dient, sondern darüber hinaus mit weiteren Vorteilen punktet. „Bauwerkintegrierte PV-Anlagen sind wahre Multitalente“, glaubt Valentin Balog, Fassadenexperte bei Drees & Sommer. „Richtig eingesetzt können sie nicht nur Strom erzeugen, sondern reduzieren Lärmeintrag, schützen vor extremen Witterungen und regulieren das Klima innerhalb der Gebäude“.
Neben dem Fraunhofer ISE und Drees & Sommer sind folgende Projektpartner bei Solar-Envelope-Center mit an Bord: das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (Saarbrücken), die Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie (Berlin), der Photovoltaik-Systemanbieter IBC Solar (Bad Staffelstein) und das Architekturbüro „wulf architekten“ (Stuttgart). Wenn das Projekt Ende 2025 planmäßig abgeschlossen wird, wollen die Partner übrigens Teilergebnisse ihrer Forschung als VDI-Richtlinie veröffentlichen. Damit wollen sie eine möglichst breite Anwendung der gefundenen Lösungen fördern.