B1 Geeignete Flächen

Die Gebäudehülle definiert die Trennung zwischen innen und außen, sie prägt das äußere Erscheinungsbild des Bauwerks und kommuniziert mit ihrem Umfeld. Ihr funktionaler Nutzen besteht primär darin, das Bauwerk vor Wind, Niederschlag und Sonneneinstrahlung zu schützen. Die Außenflächen eines Bauwerks prägen zudem wesentlich dessen energetisches Verhalten. Das gilt sowohl für die Optimierung des Wärmetransports zwischen innen und außen als zunehmend auch für die dezentrale Energieerzeugung über die Gebäudehülle. Die Photovoltaiktechnologie ermöglicht hier eine Stromerzeugung ohne mechanischen Verschleiß, Luftemissio­nen oder Geräuschentwicklungen. Sie stellt neben der SolarthermieSolarthermie Unter Solarthermie versteht man die Umwandlung der Sonnenenergie durch z. B. Thermische Solaranlagen in nutzbare thermische Energie zur Erwärmung von Wasser. die zweite Möglichkeit einer aktiven Nutzung der Solarstrahlung dar. Bereits seit den frühen 1980er-Jahren wird in Deutschland eine IntegrationIntegration Zusammenfügen und Verbinden von einzelnen Einheiten bzw. Bauelementen eines Systems zu einem komplexeren Bauteil, das die gleichen Funktionen erfüllt von Photovoltaike­lementen in die Gebäudehülle umgesetzt. Photovoltaikmodule (PV-Module) stehen inzwischen als aus­gereifte Produkte in einer großen Bandbreite zur Verfügung (Anhang D2 Übersicht Modulhersteller). Verstärkt übernehmen diese Module neben der Energiegewinnung auch Zusatzfunktionen und nutzen damit zahlreiche SynergieeffekteSynergie : Photovoltaikelemente können als Witterungs-, Sonnen-, und Sichtschutz eingesetzt werden oder als Isolierglasmodule auch als thermi­sche Hülle wirken (siehe Abb. 1). Darüber hinaus können sie in positiver Weise gestaltprägend sein.

Bei der Integration von Photovoltaikmodulen in ein Gebäude gilt die erste Überlegung den geeigneten Flächen. Prinzipiell kommt hierfür jede Fläche infrage, die einer direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist. Die Abbildung 2 zeigt exemplarisch mögliche Flächen. Bei der Photovoltaik können jedoch im Ver­gleich zur Solarthermie auch geringe Abschattungen der Solarzellen den Energieertrag erheblich reduzieren. Eine weitgehend verschattungsfreie Fläche ist daher eine wesentliche Voraussetzung (siehe Kapitel B2 Ausrichtung und Verschattung). Deshalb ist für die Planung eine genaue Standort- und Gebäudeanalyse erforderlich. In der Praxis haben sich einige Bereiche der Gebäudehülle als besonders geeignet erwiesen:

• Bei geneigten Dächern können Photovoltaikmodule direkt als wasserführende Schicht verwendet werden und ersetzen dadurch konventionelle Materialien wie z. B. Dachziegel (siehe Abb. 3 und 4). Als besonders geeignet erweisen sich südgeneigte PultdächerPultdach Pultdächer bestehen meist aus einer einzigen Dachfläche mit geringem Neigungswinkel, welche mit einer gleichmäßigen Dachneigung abfallen. oder SheddächerSheddach Ein Sheddach ist eine Dachform, die vor allem bei Bauten mit großen Grundflächen wie zum Beispiel Fabrik- oder Ausstellungshallen aus mehreren parallel konstruierten Satteldächern angewendet wird (sägeartiger Silhouette). Dabei werden mehrere kleine pult- oder satteldachartige Dachaufbauten hintereinander angereiht.. Weitere Informationen siehe Kapitel B3 Gestaltungsvielfalt.

• Bei Flachdächern besteht die Möglichkeit, eine freie Anordnung der Module analog zur Montage auf einer Wiese zu installieren. Auch eine Kombination mit Dachbegrünung ist möglich (siehe Abb. 5 und 6, sowie Kapitel B4 Exkurs: Photovoltaik und Dachbegrünung kombinieren). Dies ermöglicht auch unterschiedliche Ausrichtungen, die je nach Gesamtkonzept optimiert werden können. Unverschattete Flachdächer sind daher die variabelsten Flächentypologien.

• Fassadenflächen stellen ein weiteres, vielfältiges Potenzial für die aktive Solarenergienutzung dar. Auf vertikale Flächen trifft zwar eine geringere Einstrahlung als auf geneigte. Im Gegenzug bieten sich bei Fassaden jedoch erhebliche energetische und wirtschaftliche Potenziale, wenn konventionelle hochwertige Bauteile wie beispielsweise Metallpaneele oder Natursteine durch Photovoltaikelemente ersetzt werden. Ihre Verwendung als gestalterisch prägendes Element und die Übernahme von Mehrfachfunktionen einschließlich der Energie­erzeugung rechtfertigen ihren Einsatz in Fassa­den, auch wenn sie nicht die maximale Effizi­enz erreichen (siehe Abb. 7 und 8). Weitere Informationen siehe Kapitel B3 Die Gestaltungsvielfalt von PV-Modulen

• Verschattungselemente sind aufgrund ihrer Funktion in der Regel einer direkten Solarstrahlung ausgesetzt und eignen sich daher besonders für eine Photovoltaikintegration. Dies gilt sowohl für starre wie bewegliche Ele­mente, bei denen Solarmodule opake oder teiltransparente Materialien wie z. B. Metallpaneele oder bedruckte Gläser ersetzen (siehe Abb. 9 und 10).

Neben den Oberflächen an Gebäuden bieten vielfach auch im Umfeld vorhandene oder neu zu entwerfende Infrastrukturbauten attraktive Potenziale für eine Integration von Photovoltaik. Darunter fallen typische Bauelemente wie Carport-Überdachungen, Schallschutzwände, Wartebereiche, Einfriedungen etc. (siehe Kapitel B5 Exkurs BIPV im Gebäudeumfeld)