Fotovoltaik auf Gebäuden - hässlich und teuer oder eine Chance für kreatives Design?

Die Integration von Solarenergietechnologien in Gebäude ist bereits seit mehreren Jahrzehnten möglich. Viele Gebäude werden jedoch immer noch ohne PV- oder Solarthermie-Kollektoren gebaut, was meiner Meinung nach eine untragbare Situation ist.

Vor langer Zeit haben Solarthermie und Photovoltaik die Ästhetik von Gebäuden oft negativ beeinflusst und waren zu teuer. Das ist immer noch in den Köpfen der Menschen. Im letzten Jahrzehnt hat die Branche jedoch dank großer Forschungsanstrengungen enorme Fortschritte gemacht: Die Qualität der Integration hat sich stark verbessert, während die Preise weiter sinken.

In diesem Artikel zeige ich eine Auswahl verfügbarer Integrationstechnologien und erörtere Aspekte der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV), die Sie dazu bringen werden, das Thema aus einer anderen Perspektive zu betrachten.

Chancen und Hindernisse für die gebäudeintegrierte Fotovoltaik

Warum PV auf Gebäuden?

Die Schweiz und Länder auf der ganzen Welt brauchen zusätzliche erneuerbare Stromerzeugung, um die zunehmende Elektrifizierung und den Ausstieg aus der Kernenergie zu bewältigen. BIPV sind photovoltaische Materialien, die herkömmliche Materialien einer Gebäudehülle, wie das Dach oder die Fassade, ersetzen und Strom aus Sonnenlicht erzeugen. Die photovoltaische Stromerzeugung ist geräuschlos und stößt keine lokalen Schadstoffe aus, was PV zu einer guten Wahl für die Installation auf Gebäuden macht. Andererseits sind Gebäude große Stromverbraucher. Die Installation von PV in der Nähe von oder auf Gebäuden ist daher sinnvoll. BIPV hat außerdem den Vorteil, dass für die Stromerzeugung kein zusätzlicher Flächenverbrauch erforderlich ist.

Warum nicht?

Lokale Solarstromerzeugung an Ihrem Gebäude, wer möchte das nicht?

Leider ist die integrierte Photovoltaik auf Gebäuden weniger akzeptiert, als man erwarten würde. Wenn ich mit Architekten und Hausbesitzern spreche, höre ich oft, dass es nur hässliche und zu teure BIPV-Produkte gibt. Mehrere Studien zeigen, dass ich nicht nur mit den falschen Leuten gesprochen habe. Zum Beispiel, eine Studie von Forschern der TU Delft untersuchten die von professionellen Planern wahrgenommenen Hindernisse für die Fassadenintegration. Sie fanden heraus, dass "Produktmangel" und "wirtschaftliche Gründe" die am häufigsten genannten Hindernisse waren. Sie stimmen also mit der öffentlichen Wahrnehmung überein, der ich begegne.

Während Verfügbarkeit und Kostenbarrieren vor zwei Jahrzehnten echte Hindernisse darstellten, behaupte ich, dass die derzeitige Wahrnehmung weitgehend auf folgenden Faktoren beruht mesofakten die im aktuellen BIPV-Design nicht mehr zutreffen!

Vorhandene Technologien für ästhetische Integration

In diesem Abschnitt zeige ich eine Auswahl von Integrationstechnologien, die die Gestaltungsfreiheit beim Bauen mit BIPV demonstrieren. Es ist klar, dass alle Bemühungen, die Photovoltaik-Module mit einer zusätzlichen Schicht zu verbergen, zusätzliche Verluste bei der Stromerzeugung verursachen und somit den Energieertrag verringern. Diese zusätzlichen Verluste hängen von der gewählten Farbe und dem Muster ab und liegen im Bereich von 8-30%.

Eine Technologie, die in der Vergangenheit geforscht an der EPFL und wird nun von einem Startup-Unternehmen entwickelt, ist eine spektral selektive Glasbeschichtung. Sie funktioniert durch die Anwendung einer atomaren Abscheidung, um eine Nanometerschicht zu erzeugen, die Lichtinferenzen verursacht, die zu farbigen Eindrücken führen. Grundsätzlich kann jeder PV-Typ auf der Rückseite der Glasabdeckung verwendet werden. Die Copenhagen International School ist in Abbildung 1 als Beispiel für diese Technologie dargestellt.

Abbildung 1: PV-Anlage mit spektralselektiver Glasbeschichtung. Internationale Schule Kopenhagen Kredite: Kromatix von SwissINSOFassade von SolarLab

A CSEM-Ausgründung stellt farbige Module her, indem Farbfilterfolien aufgebracht werden, die den größten Teil des Lichtanteils, der für den photovoltaischen Effekt verantwortlich ist, durchlassen, aber Teile des sichtbaren Lichts reflektieren. Auf diese Weise lassen sich sogar Gebäudehüllen mit weißen photovoltaischen Oberflächen entwerfen. Hätten Sie die PV in Abbildung 2 überhaupt bemerkt?

Abbildung 2: Demonstration einer weißen PV-Fassade neben einem herkömmlichen weißen Putz. © Solaxess

Eine weitere vielversprechende Abdeckungstechnologie wird an der HSLU erforscht und entwickelt. Es enthält digitale Glasdrucke, die fast jede Farbe haben können. Diese Technologie ermöglicht auch die Herstellung von Kunsttafeln mit aufgedruckten Motiven. Ein Beispiel, das meiner Meinung nach die Flexibilität dieser Technologie beweist, sind die in Abbildung 3 gezeigten Solarmodule, die die Flaggen der Schweizer Kantone darstellen.

Abbildung 3: Stromerzeugende Flaggen. Credits: Umwelt Arena Schweiz, Kompetenzzentrum für Nachhaltigkeit, www.umweltarena.ch

Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von farbigen Zellen. Dies ist besonders eine Sache für polykristalline Siliziumzellen oder für farbstoffsensibilisierte Solarzellen wie die Grätzel-Zelle (siehe Titelbild). Vor allem letzteres scheint vielversprechend, befindet sich aber noch an der Schnittstelle zwischen Forschung und Marktanwendung.

Schließlich kann eine kreative Anordnung der typischen schwarzen und blauen monokristallinen Paneele zu einer angenehmen ästhetischen Integration der Photovoltaik führen. Beispiele hierfür sind das integrierte Dach eines traditionellen Schweizer Bauernhauses (Abbildung 4) und die Fassade eines Hochhauses in Basel (Abbildung 5). Auch innovative Ansätze wie die Verwendung von PV für dynamische Beschattungdas ist an der ETHZ untersuchtsind mögliche Optionen.

Warum sehen wir angesichts all dieser Gestaltungsmöglichkeiten Solarmaterialien immer noch als Hindernisse an? Wir könnten stattdessen anfangen, sie als Chance für die Erforschung und Entwicklung neuartiger, innovativer und ästhetischer Dächer und Fassaden zu sehen.

Abbildung 4: Konzept und Bau erneuerbarer Energieversorgung des preisgekrönten Objekts: clevergie ag - Ihre Energiearchitekten für Beratung, Planung und Bau von erneuerbaren Energieanlagen rund um Strom, Wärme und Mobilität. (Übersetzung: Konzept und Bau von erneuerbarer Energieversorgung für die preisgekrönte Immobilie: clevergie ag - Ihre Energiearchitekten für Beratung, Planung und Bau von erneuerbaren Energieanlagen rund um Strom, Wärme und Mobilität).  

Abbildung 5: Grosspeter-Turm in Basel. Zeigt eine nahtlose Integration von PV-Modulen in die Fassade eines Hochhauses. Solarfassadenplanung von energiebüro ag. ©Adriano Biondo

Kosten der gebäudeintegrierten Photovoltaik und die Rolle des Architekten und des Bauherrn

Neben der Ästhetik werden die Kosten von Photovoltaikanlagen oft als eines der Haupthindernisse für die Verbreitung von BIPV angesehen. Viele europäische Länder kürzen derzeit ihre Subventionen oder Einspeisetarife, aber gleichzeitig sinken die Preise für Photovoltaikanlagen rapide. Bei BIPV gibt es zwei Hauptfaktoren, die berücksichtigt werden müssen, wenn es um die Kosten geht:

1. BIPV sollten ohnehin auf einem Gebäude installiert werden, wenn Sie Ihr Dach oder Ihre Fassade bauen oder renovieren. Auf diese Weise können Sie die Kosten für einen Standardumschlag "sparen"wie z. B. Dachziegel.
2. Im Vergleich zu einem Dach oder einer Fassade ohne PV-Anlage können Sie nicht mehr nur die Investitionskosten vergleichen, sondern müssen eine langfristige Perspektive einnehmen.

Obwohl die Investitionskosten definitiv höher sind, werden Sie auch Einnahmen haben. Nachdem die zusätzlichen Kosten gedeckt sind, haben Sie für den Rest der Lebensdauer der Gebäudehülle im Grunde kostenlosen Strom. Die konkreten Zahlen hängen stark vom Standort und den technischen Details des Projekts sowie von den Strompreisen und Einspeisetarifen ab. Beispiele für die Amortisationszeit sind so wenig wie 7,5 Jahre zu 15 Jahre für gut durchdachte Projekte.

Schließlich müssen wir die Rolle des Bauherrn und des Architekten diskutieren. Architekten und Planer versuchen, die Kosten für ihre Kunden niedrig zu halten. Oftmals sind damit vor allem die Investitionskosten und nicht die Lebenszykluskosten gemeint. Außerdem scheinen die Informationen über BIPV-Produkte und -Möglichkeiten noch nicht in jedem Architekturbüro angekommen zu sein. Ich empfehle daher jedem Architekten und (zukünftigen) Gebäudeeigentümer, eine langfristige Perspektive einzunehmen und sich über die Möglichkeiten zu informieren, die BIPV-Technologien bieten.

Ich würde sogar so weit gehen und behaupten, dass jedes Gebäude, das ohne Berücksichtigung der Photovoltaik gebaut oder renoviert wird, eine bedeutende verpasste Gelegenheit darstellt. Denken Sie darüber nach: Ist die Photovoltaik auf den Bildern, die ich Ihnen zuvor gezeigt habe, wirklich eine ästhetische Frage? Und würden Sie nicht ein Dach haben wollen, das sich mit der Zeit amortisiert?

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