B3 – Gestaltungsvielfalt

Dachflächen bieten insgesamt das größte Potenzial in der Gebäudehülle, da sie in der Regel als opake Flächen eine gute Ausrichtung und Verschattungsfreiheit aufweisen. Die am weitesten verbreitete Integrationsart ist hier die sogenannte „AufdachmontageAufdach-Montage Bei einer Aufdach-Montage montiert der Installateur die Photovoltaik-Module auf dem bestehenden Dach, befestigt diese an der Dachunterkonstruktion. Die Alternative zur Aufdach-Montage bildet die Indach-Montage. “, bei der die PV-Module über eine separate Unterkonstruktion über der wasserführenden Schicht – meist Dachziegel – angebracht werden (siehe Kapitel C3.3 Konstruktive Details). Abbildung 2 zeigt hierfür eine Lösung, bei der Standardmodule gestalterisch in das Gebäudekonzept eingebunden sind. Dies gelingt durch folgende planerische Maßnahmen:

• Die PV-Anlage ist so dimensioniert, dass sie die gesamte (Süd-)Dachfläche umfasst.
• Die Anlage ist analog der Schottenstruktur des Gebäudes in zwei Teilflächen aufgeteilt.

• Die Teilflächen weisen keine Unterbrechungen auf.

• Die Fugen zwischen den Modulen sind auf das Fassadenraster abgestimmt.

Hierdurch entsteht ein in der Gesamtwirkung homogenes Erscheinungsbild, die PV-Module sind zwar nicht baukonstruktiv, jedoch gestalterisch in das Gebäude integriert. Ein weiteres sehr gutes Beispiel für diesen Ansatz zeigen die Abbildungen 3 und 4: Die PV-Standardmodule wurden ebenfalls durch variable Fugenbreiten vollflächig über die gesamten Dachflächen (Nord und Süd) verteilt. Durch eine Verlängerung von Ortgang und TraufeTraufe Die Traufe stellt den untersten Punkt eines Daches und somit die Entwässerungs- und Belüftungsebene dar. bis auf die Oberkante der Module entsteht ein sehr angenehmer kubischer Eindruck.

Eine additive Montage ist üblicherweise auch bei Flachdächern die Regel. Wurden die Module früher analog zu Freiflächenanlagen in Reihen mit Südorientierung und 30°-Neigung mit entsprechenden Abständen angeordnet, ist heute eine enge Belegung in Ost/West-Ausrichtung und 10°-Neigung die Regel. Die aus wirtschaftlichen Gründen möglichst flach über der Dachhaut liegende Aufständerung hat meist große Abstände von der Attika sowie zahlreiche Aussparungen bei den Dachaufbauten zur Folge. Sehr oft bleiben dadurch rund 50 % der Dachfläche ungenutzt. PV-Module können auf Flachdächern jedoch auch vollflächig und bündig integriert werden. Abbildung 5 zeigt hierfür ein gutes Beispiel mit zwei unterschiedlichen Ansätzen: Im linken Gebäude wurde das Dach als sehr flach geneigtes PultdachPultdach Pultdächer bestehen meist aus einer einzigen Dachfläche mit geringem Neigungswinkel, welche mit einer gleichmäßigen Dachneigung abfallen. realisiert, im rechten sind die Module dachparallel und bündig mit den Außenkanten in einem optimierten Layout verlegt.

Um das volle Potenzial an Synergieeffekten zu nutzen, ist die optimale Lösung, die PV-Module direkt als wasserführende Schicht zu integrieren. Sie werden damit notwendiger Bestandteil der Gebäudehülle mit entsprechender Einsparung an konventionellen Produkten. Abbildung 6 zeigt hierzu ein Beispiel mit der Verwendung eines Spezialmoduls. Dieses Modul ist mit einem Rahmen versehen, der die passenden Falzungen üblicher Dachziegeln aufweist. Das Format des Moduls ersetzt sechs nebeneinanderliegende Ziegel und kann auf der typischen Lattung montiert werden (siehe Kapitel C3.3 Konstruktive Details). Dieser Ansatz hat zwei Effekte: Durch die Kombination von PV-Modul mit einem Ziegelsystem können alle Sonderflächen (First, Ortgang, Traufe, Dachflächenfenster etc.) wie üblich gestaltet werden. Die aktiven Elemente kommen in der ungestörten Fläche zum Einsatz. Dies hat jedoch auch zur Folge, dass die Dachfläche immer aus einer Materialmischung besteht. In Abbildung 6 konnte dennoch eine homogene Erscheinung erzeugt werden, da die aktive Fläche ein zusammenhängendes Rechteck bildet und die Ziegelfarbe an die Moduloberfläche angepasst wurde.

Einen alternativen Ansatz für das Schrägdach zeigt Abbildung 7. Hier werden quadratische Module mit einer Drehung um 45° schindelartig auf einer Kreuzlattung montiert (siehe hierzu Kapitel C3.3 Konstruktive Details). In den nichtaktiven Bereichen kommen farblich identische Aluminium-Verbundplatten zum Einsatz, die vor Ort zugeschnitten werden können. Es gibt inzwischen ein großes Angebot an Spezialmodulen und Gesamtsystemen für Schrägdächer, eine Übersicht ist zu finden in Anhang D2 Übersicht Modulhersteller.

Auch bei horizontalen Überdachungsflächen können PV-Module als wasserführende Schicht eingesetzt werden, insbesondere bei Glaskonstruktionen. Die Abbildungen 8 und 9 zeigen die Überdachung eines öffentlichen Platzes, bei dem transluzente Module zum Einsatz kamen. Durch den Zellenabstand in den Modulen kann der Anteil an Lichtdurchlässigkeit bzw. die Verschattungswirkung variiert werden. Dies gilt analog für Atrien, Terrassen oder Carports etc.

Die Fassaden haben quantitativ das größte Flächenpotenzial. Aufgrund der oft ungünstigen Ausrichtung und (Teil-)Verschattungen bieten sie gegenüber den Dachflächen insgesamt zwar ein geringeres Ertragspotenzial, dennoch gibt es sehr gute Gründe für eine Integration von Photovoltaik in die Fassade. Die wesentlichen sind:

• An Fassaden kommen häufig hochwertige Materialien zum Einsatz, deren Ersatz durch PV ein entsprechendes Einsparpotenzial im Hinblick auf Ressourcen und Kosten bietet.
• Die Fassadengestaltung ist prägend für die Außenwirkung eines Gebäudes, eine PV-Fassade kann hierbei eine positive Wirkung im Sinne des Nachhaltigen Bauens entfalten.
• Die vertikale Orientierung kann das Ertragsprofil der Dachflächen ideal ergänzen und den Direktverbrauch im Gebäude über den Tages- und Jahreszyklus positiv beeinflussen.
• Schließlich bilden sie einen wichtigen Baustein für den erforderlichen PV-Ausbau im Sinne der Energiewende (siehe hierzu Kapitel A2 Flächenbedarf für Photovoltaik).

So vielfältig wie die Fassadengestaltung insgesamt, so viele funktionale und gestalterische Integrationsmöglichkeiten bietet sie für die Photovoltaik. Da PV-Module für die Fassade in der Regel als Verbundglas zum Einsatz kommen, sind prinzipiell alle für flächige Bauteile konzipierten Montagesysteme auch für die BIPV geeignet. Die Abbildungen 10 und 11 zeigen beispielhaft eine Montage mit punktueller Klammerung. Die vordere Scheibe des horizontalen Schiebesystems ist stets unverschattet und daher bestens geeignet für eine Ausführung als aktives PV-Element.

Vielfach als BIPV-Variante umgesetzt sind klassische hinterlüftete Kaltfassaden. Abbildung 12 zeigt dies am Beispiel eines Bürogebäudes. Zum Einsatz kamen kleinteilige Dünnschichtmodule und ein Montagesystem ohne sichtbare Befestigung (siehe hierzu Kapitel C3.3 Konstruktive Details). Prägend ist die schwarze Farbe der Dünnschichtzellen sowie der gegenüber z. B. Aluminium hohe Reflexionsanteil der Frontglasscheibe. Eine alternative Variante ist in den Abbildungen 13 und 14 dargestellt. Hier wurden die Frontgläser mit einer speziellen Beschichtung versehen, sodass ein eher matter, bronzefarbiger visueller Eindruck entsteht. Prinzipiell können PV-Module mit allen möglichen Farben oder Muster gestaltet werden. Je nach Variante ist dies allerdings mit unterschiedlich hohen Verlusten im Wirkungsgrad und mit höheren Kosten verbunden (siehe hierzu auch Kapitel C3.1 Information zu verfügbaren Produkten). Bei solchen Modulen sind die Solarzellen nicht oder kaum sichtbar, im Resultat kommt die Erscheinung der Fassade eher konventionellen Lösungen nahe. Ein weiteres Beispiel hierfür ist das Mehrfamilienhaus in den Abbildungen 15 und 16. Der matt-graue Farbton wird durch eine Bedruckung der Frontglasscheibe hervorgerufen. Das für PV-Module eher untypische kleinteilige Format und das geschuppte Montageprinzip erzeugen eine spannende Fassadenlösung, deren Solartechnik von außen nicht erkennbar ist. Durch einen großen Randabstand der Solarzellen zu den Modulrändern können die Elemente mit einem recht flexiblen Überlappungsgrad an die Gebäudegeometrie angepasst werden, ohne die Solarzellen zu verschatten (siehe hierzu Kapitel C3.3 Konstruktive Details).

Eine weitere Kategorie der funktionalen Integration ist die Warmfassade. Hierfür werden die PV-Verbundglasmodule zu einer Isolierverglasung weiterverarbeitet. Die Abbildungen 17 und 18 zeigen ein Beispiel mit großformatigen Elementen im Fassaden- und Dachbereich (siehe hierzu Kapitel C3.3 Konstruktive Details). Durch die transluzente Ausführung kann bei definiertem Verschattungsgrad ein gewisses Maß an Durchsicht und Tageslichteintritt realisiert werden (siehe hierzu Kapitel C4.3 Technische Details U-Werte und G-Werte).