Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BiPV)

Laut der 2021 novellierten EU-Gebäuderichtlinie EPBD (engl.: Energy Performance of Buildings Directive) müssen Neubauten als Niedrigstenergiegebäude umgesetzt werden. Einen Beitrag dazu kann die Gebäudeintegrierte Photovoltaik (GiPV) oder Bauwerksintegrierte Photovoltaik (BiPV) leisten. Gemeint sind damit in die Gebäudehülle integrierte PV-Module, etwa als Indach- oder Fassadenmodule sowie eingebaut auf Terrassen oder den Dächern von Carports. Neben der regenerativen Energiegewinnung birgt die BiPV zudem architektonische und bauphysikalische Potenziale: Sie kann multifunktional als Witterungsschutz, Wärme- oder Schalldämmung dienen, für Verschattung und Sichtschutz sorgen und außerdem – als integraler Teil des Entwurfs – durchaus architektonischen und gestalterischen Mehrwert bieten.

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Photovoltaik in der Fassade: Transparenz und Energiegewinnung

Mittlerweile gibt es auf dem Markt zahlreiche PV-Module für die BiPV-Anwendung, entweder in standardisierten Modulgrößen oder als maßgeschneiderte Produkte; letztere haben höhere Herstellungskosten. Für die Anwendung in der Fassade kommen üblicherweise Glas-Glas-Module, auch Doppelglasmodule genannt, zum Einsatz. Bei dieser PV-Art sind die kristallinen Photovoltaikzellen in konventionellen Glas-Zwischenschichten (z.B. in Ethylenvinylacetat (EVA)-Folien) oder in einen Silikon-Verguss eingebettet. Die Verglasungen bestehen in der Regel aus thermisch vorgespannten Gläsern bzw. aus Dünngläsern. Derartige Module besitzen daher die Merkmale eines Verbundglases. Sollten Eigenschaften von Verbundsicherheitsverglasungen nötig sein, etwa um die Glas-Glas-Module als Überkopfverglasung oder als absturzsichernde Verglasung zu nutzen, kann eine weitere Glasschicht rückseitig auflaminiert werden. Auch eine Weiterverarbeitung zu Isolierglas ist möglich. Alternativ können Dünnschichtmodule zur Anwendung kommen – die im Vergleich leichter und günstiger, aber weniger langlebig und effizient sind.

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Leistung und Gestaltung

Eine gelungene gebäudeintegrierte Photovoltaik harmoniert mit der Gesamtgestaltung des Gebäudes. Daher gibt es die Module in verschiedenen Größen und Farben; außerdem werden weniger reflektierende BiPV-Module mit satinierten Glasoberflächen angeboten. Vereinzelt gibt es mittlerweile sogar gebogene PV-Elemente. Bei diesen gestalterischen Entscheidungen sollte beachtet werden, dass – neben Modulgröße, -geometrie und -anzahl – Farbe und Transparenzgrad einen direkten Einfluss auf die installierte Leistung von Doppelglasmodulen hat. So sind transparente Module im Vergleich leistungsstärker als farblich gestaltete, da weniger Lichtabsorption durch Farbpigmente stattfindet und mehr Licht direkt auf die Photovoltaikzellen trifft. Übliche Richtwerte zur elektrischen Leistung liegen im Bereich von 120 Wp/m² bis 200 Wp/m².

Die Leistung hängt auch von Orientierung und Neigungswinkel der PV-Elemente ab. Je nach Standort empfangen südorientierte Flächen mit einem Winkel von 20° bis 45° die höchste Einstrahlung. In der Regel sind fassadenintegrierte BiPV-Anlagen jedoch vertikal ausgerichtet und liegen nur selten optimal im Einstrahlwinkel der Sonne. Werden hierfür PV-Module mit sehr gutem Schwach- und Streulichtverhalten verwendet, können dennoch zufriedenstellende Stromerträge erreicht werden.

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Gewerkeübergreifende Planung und Ausführung

Die Komplexität bei der Planung einer BiPV-Anlage liegt darin, dass viele Anforderungen zur gleichen Zeit/zugleich/parallel erfüllt werden müssen. Dazu gehören bautechnische, elektro- und energietechnische sowie ästhetisch-gestalterische Faktoren. Darüber hinaus sind auch baurechtliche Kriterien zu beachten. Konstruktiv erfolgt die Integration in die Fassade identisch zu konventionellen Verglasungen. Eine Schnittstelle zur Elektrotechnik bildet bei der Montage die serielle Verschaltung der Glas-Glas-Module zu sogenannten Strings. Durch diese Verschaltung werden die Spannungen der einzelnen Module addiert und auf ein nutzbares Niveau gebracht, das in der elektrischen Anlage durch den Wechselrichter und weiteren Komponenten verarbeitet werden kann.

Baurechtliche Anforderungen und technische Bestimmungen sind in der Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (VVTB), Teil B, geregelt. Für die Anwendung in der Fassade sind demnach folgende Vorgaben zu erfüllen:

• Mechanische Festigkeit und Standsicherheit: Es gelten die Bestimmungen nach DIN 18008 Glas im Bauwesen - Bemessungs- und Konstruktionsregeln 
• Brandschutz: Bewertung des Brandverhaltens der Bauteile, wenn schwerentflammbar oder nichtbrennbar gefordert
  

PV-Module gelten im Allgemeinen nicht als geregelte Bauprodukte. Sofern ein System über keine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung verfügt, ist hier unter Umständen eine projektbezogene Zustimmung im Einzelfall (ZiE) erforderlich.

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