Gebäudeintegrierte Photovoltaik

Gebäudeintegrierte Photovoltaik (GiPV), häufig auch BiPV (von englisch Building Integrated Photovoltaik) genannt, steht für die Integration von Photovoltaik-Lösungen in die Gebäudehülle, wobei nicht nur die klassische Energiegewinnung (Umwandlung von Sonnenlicht in Strom) sondern auch weitere Funktionen gewünscht werden. Die Fachgruppe „Photovoltaik in Gebäuden“ ^[1] unter dem Dach des Bundesverbandes für Bausysteme e. V. beschreibt BiPV als eine architektonische, bauphysikalische und konstruktive Einbindung von PV-Elementen in die Gebäudehülle unter Berücksichtigung der multifunktionalen Eigenschaften des PV-Moduls. Multifunktionalität können dabei Witterungsschutz, Wärmedämmung, Abschattung, Ästhetik und Design sowie Sichtschutz, Schalldämmung, elektromagnetische Schirmdämmung, Einbruchsschutz, Lichtlenkung- und Leitung sein.

Solarfassadensektor des Humboldt-Gymnasium in Bad Homburg

Einsatzbereich

GiPV/BiPV-Anwendungen

BiPV wird im Bereich der Dachintegration, der Fassaden-, Fenster- und Verschattungslösungen eingesetzt. Dabei sind projektorientierte Varianten (angepasst an das jeweilige Gebäude) in Größe, Form, Material, Farbe, Varianz in der Transparenz und Design gewünscht um ein möglichst homogenes Gesamterscheinungsbild zu erreichen.

Verwendete Module

Um den architektonischen Ansprüchen und der gewünschten Multifunktionalität Rechnung zu tragen wird eine Anpassungsfähigkeit der PV-Module bezüglich Größe, Form und eingesetzter Materialien gewünscht. Auch den verschiedenen mechanischen und elektrischen Integrationsanforderungen muss Rechnung getragen werden.

Grundsätzlich gibt es zwei Varianten von Technologien die für Module für BiPV genutzt werden können:

Kristalline Module

Kristalline Module werden basierend auf mehreren Silizium-Wafern, meist in serieller Verschaltung, aufgebaut. Das Rastermaß der Variation in der Größe ist durch die Größe der Wafer und der notwendigen Freiräume für die Verschaltung und Isolation bestimmt. Diese belaufen sich auf 15–25 cm. Kristalline Module bieten heute den höchsten Wirkungsgrad (12–15 %) bei optimaler Ausrichtung. Im BiPV ist meistens jedoch eine solch optimale Ausrichtung (z. B. Fassade mit vertikaler Ausrichtung) nicht gegeben. Des Weiteren sind kristalline Lösungen sehr anfällig gegenüber Verschattungen und einer Reduktion der Leistung bei hohen Temperaturen, die in Gebäudeanwendungen häufig vorkommen. Daher ist es ratsam, eine Simulationssoftware zur wahren Energieausbeute (z. B. PV-Sol) einzusetzen. Kristalline Lösungen haben eine hohe Variabilität in der Auswahl des Verpackungsmaterials, was für BiPV sehr positiv ist. Verschiedene Glasdicken aber auch Kunststoffe können verwendet werden, jedoch sind kristalline Zellen sehr bruchanfällig und können nicht gebogen werden. Semitransparenz in einfachen Mustern kann ebenso erzeugt werden.

Dünnschicht-Module

Dünnschicht-Module werden auf ein Substrat (meistens Glas) aufgetragen. Bei der Glassubstrat-Variante ist eine Größenvarianz nur sehr eingeschränkt möglich. Auch die Materialauswahl bei dieser Variante des Substrats ist sehr eingeschränkt, da während des Prozesses des PV-Zellaufbaus sehr hohe Temperaturen verwendet werden, die gewisse Variationen im Glas (zum Beispiel Sicherheitsglas) nicht möglich machen.

Andere Dünnschicht-Lösungen werden z. B. auf Kunststoff oder Metallbändern (Stahl, Kupfer) aufgebracht. Diese Lösungen offerieren derzeit den höchsten Variationsgrad in Größe und Verpackung und erlauben es, auch flexible und sehr leichte Lösungen (Kunststoff/Kunststoff) anzubieten. Dünnfilm-Lösungen haben derzeit Effizienzen von 6–14 % abhängig von der verwendeten Technologie, haben eine bessere Ausbeute bei suboptimaler Ausrichtung (Streulicht, Schwachlicht) und sind in ihrer Leistung weniger temperaturabhängig.

Spezielle Förderungen

Verschiedene politische Maßnahmen fördern den Einsatz von GiPV/BiPV: Angetrieben von den 20-20-20-Zielen^[2] und dem Wunsch energie-autarke Gebäude zu fördern, werden in manchen Ländern (z. B. Italien, Frankreich) zusätzlich zu den Einspeisevergütungen (siehe Deutschland EEG) erhöhte Tarife für GiPV/BiPV angeboten.

Gebäuderichtlinien

Ein starker Treiber für den Einsatz von BiPV sind die sukzessiven Verschärfungen der Gebäuderichtlinien bezüglich deren energetischen Verhaltens (Nullenergiehaus, CO₂-Fußabdruck). In Deutschland gilt hier die EnEV als Referenz, die auch europaweit als Basis zum Einsatz kommt. Des Weiteren gibt es länderabhängige energetische Gebäudequalifzierungen mit unterschiedlichen Qualitätsstufen, zum Beispiel in den USA LEED und in Großbritannien BREEAM.

Hersteller

Anbei eine Auswahl von Herstellern von PV-Modulen für den BiPV-Bereich:

• PV Products GmbH - Kristalline und Sonderglas
• Schott Solar – Kristalline und Dünnfilm
• Odersun AG – Dünnfilm in variablen Größen und Aufbauten
• Würth Solar – Kristalline
• Ertex Solar – Kristalline
• FATH Solar – Kristalline

Weblinks

• BiPV Leitfaden
• BiPV Modul Designer - Online Tool

Quellen

• Bundesverband Bausysteme: http://bv-bausysteme.de/tl_files/bv-bausysteme/downloads/FG%20Photovoltaik%20in%20Gebaeuden/Positionspapier_BIPV_e.pdf
• Simon Roberts, Nicolò Guariento: Gebäudeintegrierte Photovoltaik, Ein Handbuch; 2009, 184 S. 96 Abb. in Farbe, Softcover; ISBN 978-3-7643-9949-8

Einzelnachweise

1. ↑ http://bv-bausysteme.de/tl_files/bv-bausysteme/downloads/Positionspapier_BIPV_e.pdf
2. ↑ 20-20-20-Ziele