Gebäudeintegriertes Photovoltaik - Die multifunktionalen Solaranlagen
Solaranlagen und die private Energieversorgung mit Sonnenschein sind schon lange kein Neuland mehr. Ob in den Städten, im ländlichen Bereich oder öffentlichen Einrichtungen – Solarmodule bekommen wir an jeder Ecke zu Gesicht. Von den Solaranlagen sichtbar sind für uns meistens nur die Solarmodule. Verbaut auf Dächern, an Fassaden und Balkonen oder auf Carport Dächern und seltener auf freier Fläche liefern die Solarpanels zuverlässige Unterstützung in der Stromversorgung. Weniger häufig anzutreffen ist eine Sonderform des Photovoltaik – das gebäudeintegriertes Photovoltaik, kurz BIPV.
Was ist Gebäudeintegriertes Photovoltaik?
Die Abkürzung BIPV leitet sich aus der englischen Bezeichnung building integrated photovoltaic ab und bedeutet nichts anderes als gebäudeintegriertes Photovoltaik. Deshalb wird im deutschsprachigen Raum auch die Abkürzung GIPV verwendet. Wie die Bezeichnung bereits vermuten lässt, handelt es sich um Solaranlagen bzw. deren Solarmodule, die in den Gebäudebau integriert sind. Das kann Module auf dem Dach, verglasten Bereichen und die Fassade betreffen. Das besondere bei dieser Art der Photovoltaik Konstruktionen, ist das die Solarmodule zusätzlich zur Stromgewinnung weitere Funktionen erfüllen. Dazu gehören beispielsweise die Dämmung des Gebäudes, Witterungsschutz oder die Verschattung. Den Hauptgrund für die Entwicklung von gebäudeintegriertem Photovoltaik um ca. 1990 nahm allerdings eher der optische Aspekt in Anspruch.
So funktioniert BIPV
In der Funktion unterscheidet sich BIPV grundlegend erst einmal nicht von herkömmlichen Solaranlagen. Wenn Sonnenlicht auf die Solarmodule trifft, werden die Solarzellen aktiv und beginnen das auftreffende Sonnenlicht in Solarstrom (Gleichstrom) zu erzeugen. Anschließend wird der Gleichstrom über einen Wechselrichter für den Haushalt in Wechselstrom umgewandelt und für die Verbraucher nutzbar gemacht. Oder der Gleichstrom wird direkt in einen Solarspeicher geleitet, um deine Solaranlage effizienter zu nutzen und von deinem PRO Energie zu profitieren.
Um den Stromertrag deiner Anlage zu erhöhen, musst du keine Solarmodule austauschen. Dafür eignet sich ein individuell an deinen Haushalt und deine Stromversorgung angepasster Solarspeicher perfekt. Wir von Solarspeicher PRO haben es uns zur Aufgabe gemacht, deine Stromversorgung aus eigener Hand schnell und effizient auf das nächste Level zu heben. Dafür bieten wir dir die Möglichkeit mit unseren Solarspeicher PROfis deine Ansprüche und Wünsche an deine Stromversorgung zu besprechen und mit unserer Hilfe dein individuelles Solarspeicher Set zusammenzustellen. Denn mit uns sparst du Stromkosten, statt dich in deinem Stromverbrauch einzuschränken.
Der Unterschied zu herkömmlichen Solaranlagen besteht in der Montage der Solarmodule. Diese werden nicht auf einem Unterbau auf dem Dach oder der Fassade montiert, sondern nehmen den Platz der Dachabdeckung oder Fassadenverkleidung ein. Deshalb wird BIPV für Neubauten empfohlen und ist zum Nachrüsten ungeeignet. Je nachdem, wo und wie die Solarmodule in den Gebäudebau integriert sind, übernehmen die Bauteile unterschiedliche Funktionen.
- Verglasung: Dank halbtransparenten oder transparenten Varianten produzieren die Solarmodule Strom und lassen gleichzeitig genügend Licht durch, um Räume zu erhellen.
- Fassaden: Die Solarmodule werden in die Hauswand integriert und schützen das Gebäude vor Witterung. Außerdem können diese eine dämmerte bzw. isolierende Funktion besitzen.
- Verschattung: Hier werfen die Solarpanels über Carports oder Dachüberständen angebracht und spenden um oder im Gebäude Schatten.
- Dach: Auf dem Dach nehmen die Solarpanels die Funktion der Dachabdeckung ein. Ähnlich funktioniert es mit Solardachziegeln.
Exkurs Soldardachziegel
Bekannter als GIPV sind inzwischen Solardachziegel. Bei Solardachziegeln handelt es sich um die funktionale Kombination von Dachabdeckung und Stromgewinnung. Allerdings besitzen Solardachziegel nicht die typische Optik von Solarmodulen, sondern gleichen gewöhnlichen Dachziegeln. Allein die glänzende Oberfläche verrät die spezielle Beschaffenheit der Dachziegel.
Solardachziegel zeichnen sich mit einer schicken Optik aus, die sich unauffällig in den Rest des Daches integriert. Um eine passende Ästhetik zwischen dem Gebäude und den Stromproduzenten herzustellen, haben Bauende die Wahl zwischen verschiedenen Varianten, die sie optimal mit der Optik des Hauses abstimmen können. Es wird zwischen Auf-Dach und In-Dach-Lösungen unterschieden. Während bei Auf-Dach-Lösungen die Dachziegel teilweise noch sichtbar sind, lassen sich In-Dach-Solardachziegel nahezu vollständig integrieren.
Ein weiteres Plus ist die lange Lebensdauer. Mit einer Haltbarkeit und bleibender Leistungsfähigkeit von 80 % stehen Solardachziegel mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von 25 Jahren normalen Solarmodulen in nichts nach. Allerdings haben die schicke Optik und große Haltbarkeit auch ihren Preis. So kosten Solardachziegel mehr als herkömmliche Solarpanels und sind in der Installation und Wartung anspruchsvoller sowie kostenintensiver.
Vorteile Solardachziegel vs. Solarmodule
In puncto Optik sind Solardachziegel ganz klar führend. Wer sich wünscht, die Solarstromproduktion harmonisch und nahtlos mit dem Erscheinungsbild des Hauses zu verbinden, ist mit Solardachziegeln optimal beraten. Hier können herkömmliche Solarmodule kaum mithalten. Einen weiteren Vorteil haben Besitzer eines unter Denkmalschutz stehenden Hauses. Reguläre Solarmodule sind für Denkmalschutzgebäude genehmigungspflichtig und wessen Dach in Richtung öffentlichen Bereich, wie eine Straße zeigt, hat kaum eine Chance, übliche Solarmodule zu installieren. Ebenfalls sehen wir Solardachziegel in Handlichkeit von Vorteil. Dank ihrer Größe lassen sie sich gezielter an spezielle Dachformen anpassen, während große Solarmodulplatten in der Montage begrenzt sind.
Nachteile Solardachziegel
Wie bereits erwähnt, sind Solardachziegel teurer als die überwiegend genutzten Solarmodule. Die Anschaffungskosten pro Quadratmeter sind höher, weshalb eine genaue und gezielte Ertragsprognose mit Kosten und Nutzen für die vorgesehene Dachfläche erstellt werden sollte. Außerdem ist der Montageaufwand größer. Im Gegensatz zu Solarpanels auf zum Beispiel Dachziegeln, sind die Solardachziegel die Abdeckung des Daches. Hierbei werden die Solardachziegel untereinander verbunden und verschaltet. Umfangreicher gestalten sich auch die Kosten für den Wartungsaufwand und eventuell anfallende Reparaturen.
Problematisch sehen wir zudem die Leistungseinbußen aufgrund der Verbindung der Solardachziegel miteinander. Obwohl sie im Gesamten besser an individuelle Dachformen angepasst werden können, lassen sie sich durch die Verbundenheit nicht im einzelnen ausrichten. Dazu zählt ebenfalls die Einsatzmöglichkeit der Solardachziegel: Solardachziegel sind für gedeckte Dächer konzipiert. Sie lassen sich nicht wie Solarmodule für eine Fassade nutzen oder bei Freiflächenanlagen.
Solardachziegel sinnvoll oder nicht?
Solardachziegel sind eine gute Möglichkeit, Photovoltaik in die Stromversorgung zu integrieren. Besonders für all jene, die viel Wert auf eine stimmige Optik des Gebäudes legen, können guten Gewissens auf Solardachziegel zurückgreifen. Allerdings gilt es die höheren Anschaffungskosten, die komplizierte Montage sowie Wartung und die Leistungseinbußen aufgrund der Installation im Hinterkopf zu behalten. Für Denkmalschutzgebäude sind Solardachziegel allerdings eine hervorragende Variante, um die Stromversorgung trotz Regularien in die eigene Hand nehmen zu können.
Varianten von BIPV
Auch Solardachziegel lassen sich im Gegensatz zu BIPV nachträglich zum Gebäude integrieren, obwohl sich der Aufwand im Vergleich zu herkömmlichen Solarmodulen unterscheidet. Bei Gebäudeintegrierten Photovoltaik funktioniert das nicht bzw. ist es in den meisten Fällen wirtschaftlich nicht sinnvoll. Ob Indach-Module, Fassaden PV-Module oder Solarterrassen, mit der Mehrfachfunktion der Solarmodule muss zwingend im Vorfeld geplant werden, welchen Nutzen die Stromlieferanten noch erbringen sollen. Im Folgenden erklären wir einmal die Varianten von gebäudeintegrierten Photovoltaik Modulen.
Glas-Glas-Module
Glas-Glas-Module bestehen aus zwei Schichten Glas. Dazwischen befinden sich die Solarzellen. Diese Bauweise bietet eine höhere Stabilität als Glas-Folie-Solarmodule und überzeugen mit einer größeren Langzeitbeständigkeit. Es gibt klare, mattierte oder getönte Varianten, sodass hier nach der passenden Optik zum Gebäude entschieden werden kann.
Typischerweise werden Glas-Glas-Module als Fassadenverkleidung integriert oder für Überdachungen genutzt, da sie so Strom produzieren und Schatten bieten. Diese Variante der BIPV Module kann auch anstelle von traditionellen Dachziegeln als Dachabdeckung verwendet, in Balkongeländer eingesetzt werden oder kommen als semitransparente Module für Fenster zum Einsatz.
Glas-Glas-Module überzeugen mit einer hohen Langlebigkeit und sind gegen Witterung und mechanische Belastungen widerständig. Selbst bei hohen Temperaturschwankungen oder Schneelasten behalten die Module ihre Stabilität und bleiben dabei wartungsarm. Ein weiterer Vorteil ist die Flexibilität im Nutzen und der große ästhetische Faktor.
Dafür sind die Glas-Glas-Module preisintensiv in Herstellung und Installation. Außerdem bringt die doppelte Glasschicht ein höheres Eigengewicht mit sich, das bei der Planung berücksichtigt werden muss. Insbesondere bei Gebäuden mit komplexen Designs kommt es auf eine genaue Planung an.
Dünnschicht Solarmodule bei BIPV
Dünnschicht Module zeichnen sich für BIPV mit ihrer Flexibilität in der ästhetischen Anpassung aus. Diese Solarmodule bestehen aus einer sehr dünnen Schicht von photovoltaischen Material. Dieses ist auf Trägermaterial wie Glas, Metall oder Kunststoff aufgebraucht. Die Dünnschicht-Module sind leichter und im Vergleich zu kristallinen Varianten meist günstiger. Außerdem gibt es verschiedene Varianten wie amorphe Silizium Module (a-Si), Cadmiumtellurid-Module (CdTe) oder CIGS-Module (Kupfer-indium-Galloum-Diselenid).
Dank unterschiedlicher Formen und Größen sind Dünnschicht-Module die ideale Wahl für ästhetisch anspruchsvolle Gebäude und können auf gebogenen sowie unregelmäßigen Oberflächen zum Einsatz kommen. Die homogene Oberfläche ohne sichtbare Struktur ist weniger auffällig. Außerdem gibt es unterschiedliche Farben, die passend zum Gebäude gewählt werden können. Darüber hinaus sind sie sehr leicht, liefern auch bei diffusem Licht gute Erträge und können so an Fassaden, Fenstern, Balustraden sowie zur Dachintegration genutzt werden.
Allerdings sind Dünnschichtmodule im Wirkungsgrad begrenzter, weshalb die Flächengröße entsprechend vorhanden sein sollte. Zudem können sie anfälliger gegenüber Feuchtigkeit sein und bei einigen Varianten bestehen umwelttechnische Bedenken hinsichtlich Entsorgung oder Recyclingfähigkeit.
Kristalline Solarmodule
Die mittlerweile meistens verwendeten Solarmodule sind kristalliner Natur und kommen auch bei gebäudeintegriertem Photovoltaik zum Einsatz. Kristalline Solarmodule gibt es in der monokristallinen und polykristallinen Variante. Wenn du mehr zum Aufbau eines Solarmoduls erfahren möchtest, dann ist das der richtige Beitrag für dich:
Kristalline Solarmodule besitzen einen hohen Wirkungsgrad. Das bedeutet, ihre Energieausbeute ist pro Quadratmeter höher als Dünnschicht Module oder organische Varianten. Zudem sind sie mit Garantien um die 15-20 Jahre und einer Lebensdauer von über 20 Jahren sehr beständig und robust gegenüber Witterungseinflüssen und mechanischer Belastung. Die Wirtschaftlichkeit, Anpassbarkeit und Vielfalt macht sie zu einer beliebten Wahl für den Ausbau mit Photovoltaik.
Nachteilig kann das Gewicht der kristallinen Varianten zu Buche schlagen, da sie im Vergleich zu Dünnschicht Varianten mehr auf die Waage bringen. Zudem schlagen sich die höheren Wirkungsgrade in den Anschaffungskosten wieder, die es mit zu berücksichtigen gilt. Und wer im Hausbau, gerade bei gebäudeintegrierten Photovoltaik, großen Wert auf eine harmonische Einbindung der PV-Module legt, kann mit der deutlich sichtbaren Zellstruktur schnell an Grenzen stoßen.
Absoluter Durchblick mit transparenten oder halbtransparenten Modulen
Transparente oder halbtransparente Solarmodule sind besonders innovativ für gebäudeintegriertes Photovoltaik. Sie erzeugen Strom und bieten die Möglichkeit, Licht einfallen zu lassen oder als Sonnenschutz zu fungieren. Während transparente Solarmodule nahezu durchsichtig sind, lassen halbtransparente Solarmodule nur einen Teil der Sonneneinstrahlung durch und bieten eine effizientere Stromerzeugung.
Diese ähnlichen Varianten der Solarmodule gibt es in verschiedenen Farben, Größen oder sogar Mustern, was sie zur idealen Wahl für Gebäude mit einem hohen ästhetischen Anspruch werden lässt. Die großen Anwendungsgebiete werden davon getoppt, dass der Tageslichteinfall einen Raum erhellt und gleichzeitig die direkte Sonneneinstrahlung reduziert. Damit kann die Innenraumtemperatur reguliert werden und die Heiz- oder Kühllasten sinken. Hier können die halbtransparenten bis transparenten Solarmodule hilfreich für “Nullenergiegebäude” sein.
Von Nachteil bei dieser Art sind ganz klar die niedrigen Wirkungsgrade und dennoch hohen Kosten aufgrund der speziellen Designanforderungen und damit verbundenen Herstellungskosten. Außerdem ist die Integration ans bzw. ins Gebäude komplex und die durchsichtigen Solarmodule müssen häufig gereinigt werden, um Funktion und Optik zu erhalten.
Gebäudeintegriertes Photovoltaik - unser Fazit
Photovoltaik ist aus der nachhaltigen Stromversorgung nicht mehr wegzudenken. Weder im öffentlichen noch privaten Gebrauch wird es zukünftig am Ausbau mit PV mangeln. Wer plant, ein Eigenheim zu bauen und besonderen Wert auf die Optik des Gebäudes legt, kann von gebäudeintegriertem Photovoltaik stark profitieren. Gut geplant, fügen sich die Solarmodule dank der Vielfalt in Form, Farbe, Material und Größe optimal in das Gesamtbild ein und produzieren kostenlosen Solarstrom für den Haushalt.
Für das Nachrüsten eines bestehenden Hauses oder den Austausch reparaturbedürftiger Solarmodule kommt gebäudeintegrierte Photovoltaik eher weniger in Frage. Meist zu teuer gestaltet sich der Umbau und die Integration der multifunktionalen Solarmodule zum maximalen Mehrfachnutzen für Gebäude und Bewohner. Demnach ist vorerst nicht zu erwarten, dass vor allem private Hausbauer bald überwiegend auf gebäudeintegriertes Photovoltaik setzen. Hier empfehlen wir zum jetzigen Zeitpunkt ganz klar “herkömmliche” Solarmodule, die in der Regel nur eins können müssen: Strom produzieren.
Maria
Autorin bei Dein Solarspeicher Blog.