Stilgerechte Lösungen

Dipl.-Ing. Olaf Meier

„Von 1 144 befragten Hauseigentümern hat sich bereits mehr als die Hälfte Gedanken über die Nutzung von Solarwärme oder Solarstrom gemacht und jeder Fünfte denkt konkret darüber nach. Die Investitionsbereitschaft ist trotz Finanzkrise und niedrigem Ölpreis nahezu eben so hoch wie in den vergangenen Jahren“, so Dr. Henry Puhe, Geschäftsführer des Bielefelder SOKO Instituts für Sozialforschung und Kommunikation, der diese Ergebnisse seiner Solar-Trendstudie 2009 zur Intersolar vorab präsentierte.

Dieses Interesse der Hauseigentümer bestätigen die Zahlen des Bundesverbandes Solarwirtschaft (BSW-Solar), nach denen im letzten Jahr in Deutschland über 300 000 neue Solaranlagen mit einer Solarstrom- und Solarwärme-Spitzenleistung von jeweils rund 1,5 Gigawatt neu installiert wurden. Und auch in Zukunft dürfte diese Entwicklung anhalten, nicht zuletzt wegen des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes, das seit Anfang des Jahres in Kraft ist. Es sieht vor, dass für alle Neubauten ein Mindestanteil des Wärmeenergiebedarfs aus Sonnenenergie, Biomasse oder Erdwärme gedeckt werden muss. Speziell im Bereich der Solarstromanlagen könnte die Nachfrage zusätzlich steigen.

Denn seit Jahresbeginn haben die Preise für schlüsselfertige Photovoltaik-Systeme nach Angaben des BSW-Solar um mehr als 15 % nachgegeben. Der durchschnittliche Endkundenpreis für eine kleine und mittlere Solarstromanlage liegt derzeit bei rund 3 600 Euro je installierten Kilowattpeak. Bei durchschnittlich 8 bis 10 % Kostensenkung pro Jahr könne Solarstrom bereits Mitte nächsten Jahrzehnts mit konventionellem Strom aus der Steckdose konkurrieren.

Damit wird deutlich: Für den Architekten und Planer wird die Auseinandersetzung mit der Solartechnik immer wichtiger. Neue Entwicklungen sorgen dafür, dass es heute auch „stilgerechte“ Lösungen gibt, bei der die Solartechnik nicht mehr Fremdkörper am Gebäude ist, sondern sich in die Architektur integrieren lässt.

Wie elegant man semitransparente Photovoltaik Elemente in die Architektur einbeziehen kann, zeigt das ellipsenförmige Glasdach über der dreigeschossigen Pausenhalle der neuen Grundschule an der Markgrafenstraße in München-Trudering. Durchsichtige Isolierglaselemente wechseln sich hier ab mit insgesamt 40 teiltransparenten Isolierglasmodulen vom Typ Asi Thru von Schott Solar, die zusammen 2,1 Kilowatt leisten. Der Mehraufwand für die Dünnschichtmodule rechnet sich: Zum einen ersparen sie eine Verschattungsanlage, zum anderen erwirtschaften sie Einnahmen durch die Vergütung für Solarstrom. Unterm Strich bleibt gegenüber einem Glasdach mit Außenjalousie ein finanzielles Plus. Das Asi Thru Modul bietet Schott Solar auch in einer farbigen Variante an, wobei die semitransparenten Module mit Farbglas im Isolierglasverbund kombiniert wurden. Resultat ist Asi Thru Color, ein attraktives, farbig-transparentes Solarmodul, das wortwörtlich ein neues Spektrum der architektonischen Integration eröffnet.

Eine ähnliche Lösung konnte Würth Solar am Neubau des Südbahnhofes in Peking realisieren: Hier bilden 5 200 GeneCIS-Photovoltaikmodule eine netzgekoppelte Anlage mit einer Gesamt-Nennleistung von rund 390 Kilowattpeak. Die mattschwarzen Module sind im Schachbrettmuster abwechselnd mit Klarglasfeldern angeordnet und ziehen sich wie ein Band durch das frei über die Aufenthaltshalle gespannte Dach des Bahnhofsgebäudes. Neben der Stromerzeugung erfüllen die Solar-Module in der Decke eine weitere Funktion: Sie beschatten den Innenraum und tragen damit zur Reduzierung der Klimatisierungskosten bei.

Ein anderes Beispiel für die Gestaltungsmöglichkeiten, die moderne Elemente heute bieten, ist die Paul Horn Arena in Tübingen: In ihre Südwestfassade wurden extra für dieses Projekt hergestellte grünfarbige Solar-Zellen von Sunways integriert – standardmäßig werden die Zellen in den Farben Smaragd, Gold, Bronze und Silber angeboten. Damit fügt sich die Photovoltaik-Fassade perfekt in das architektonische Gesamtkonzept des Gebäudes ein. Mit ihren mehr als 20 000 integrierten Sunways Solar-Cells, die jeweils 2 Watt Leistung erzielen, produziert die Solar-Anlage den Durchschnittsverbrauch von sieben Haushalten. Über den Solar-Ertrag der hinterlüfteten Photovoltaik-Fassade kann ein Teil der Gebäudebetriebskosten erwirtschaftet werden.

Noch weiter führt Schüco die Integration von Photovoltaik: Die neue Schüco E²-Fassade verbindet die Kernfunktionen dezentrale Lüftung, (automatisierte) Öffnungselemente, Sonnenschutz und solare Energiegewinnung mit Photovoltaik in moderner Dünnschicht-Technologie zu einem ästhetischen Ganzen. Allgemein sind auch die Schüco Prosol Module gerade für Architekten interessant: Im Unterschied zu normalen Standardmodulen werden sie nach Architektenvorgaben auf Maß gefertigt, mit individueller Gestaltung in Form, Farbe und optischer Struktur. Dabei können sie als gebäudeintegrierte Solar-Lösungen alle funktionalen Produkteigenschaften konventioneller Füllungselemente übernehmen – in allen Bereichen der Gebäudehülle.

Sie wurden z.B. in der Firmenzentrale der Bionorica AG mit Sitz in Neumarkt/Oberpfalz verwendet. Der viergeschossige Bau mit quadratischem Grundriss weist ein leicht geneigtes, etwa 480 m² großes Flachdach auf, das als riesiges Sonnensegel mit Prosol-Modulen das Erscheinungsbild prägt. In der Mitte befindet sich ein quadratisches Oberlicht, das im Empfangsbereich des Obergeschosses das Gefühl aufkommen lässt, unter freiem Himmel zu arbeiten. In dieses Dachfenster sind ebenfalls Solar-Module integriert. Zusammen erbringen die Solar-Module auf dem Flachdach und an der Südostfassade eine Leistung von etwa 45 kWp.

Eine weitere Entwicklung zur integrierten Solartechnik sind die so genannten Energiedächer: Hier ersetzen die Solar-Module die klassische Dacheindeckung. Eine entsprechende Lösung wird zum Beispiel von Solarworld angeboten. Statt einer konventionellen Eindeckung wird das Dach mit Solarlaminaten ausgestattet und liefert sauberen Strom aus der Sonne. Das Energiedach kann als Komplettdach oder als Indach-Lösung eingebaut werden. Auch Roto bietet ein Sunroof genanntes Energiedach-System an, bei dem zusätzlich die Photovoltaik-Module durch Solarkollektoren und passende Fenster ergänzt werden können.

Alle Komponenten zeichnen sich durch geringe Aufbauhöhe in „Superflat“- Bauweise aus und sind durch ihre einheitliche Größe miteinander kombinierbar. Spezielle Eindeckrahmen und Abdeckbleche decken Kabelführung und Rohre vollständig geschützt ab und verbinden die Elemente.

Allerdings entsteht bei Photovoltaik-Anlagen auf dem Dach Abwärme, die bei reinen Strom erzeugenden Systemen ungenutzt verpufft und – im schlechtesten Fall – die Leistung der Solarzellen mindert. Je wärmer die Zellen werden, desto weniger Strom wird produziert. Die neuste Entwicklung geht daher dahin, dass Solarthermie und Photovoltaik verknüpft werden. Das Unternehmen Systaic hat dazu zum Beispiel mit seinem Energiedach eine photovoltaische Kraft-Wärme-Kopplung realisiert. Hier wird die Abwärme für die Erzeugung von Raumwärme und Warmwasser genutzt. Dies geschieht durch Zuführung der Abluft in ein Wärmepumpensystem. Durch die Temperaturerhöhung arbeitet die Wärmepumpe wesentlich effizienter – also mit geringerem Stromverbrauch – als bei üblichen Luft-Wasser-Systemen.

Die Jahresarbeitszahl, das Verhältnis des Stromverbrauchs zur Wärmeerzeugung, ist beim Systaic-System um mehr als 70 % höher, als es in den Förderungsrichtlinien für Wärmepumpen verlangt wird.

Einen anderen Weg stellt der Hybrid-Kollektor dar, wie ihn die Firma solarhybrid entwickelt hat. Hier sind in einem Modul Solarkollektor und Photovoltaik kombiniert.

Die Wärme, die normalerweise die Leistung der Photovoltaikmodule schwächt, wird durch die Solarthermie abgeführt. Außerdem lässt sich durch den Umkehrkreislauf der Hybrid-Kollektor aufheizen, so dass eventuell darauf liegender Schnee abgetaut werden kann. Im Vergleich zur parallelen Installation von Photovoltaik-Modulen und Solarthermie-Kollektoren wird weniger Dachfläche benötigt und ist ein geringerer Montageaufwand fällig.

Wer aber das moderne Aussehen der glatten Solareindeckung vermeiden will, dem bieten die Dachziegelwerke Nelskamp einen neuen Solar-Kollektor in Form eines Dachsteines an. Die Solar-Kollektoren aus eloxiertem Aluminium fügen sich harmonisch in die Flächenstruktur ein. Die Absorber erreichen wegen ihrer matten Oberfläche einen besonders hohen Wirkungsgrad – der Anteil reflektierter Sonnenstrahlen ist minimal. In Verbindung mit Wärempumpe und Wärmespeicher gewinnt die Anlage sogar Wärme, wenn die Sonne nicht scheint: Die System-Wärme-/Kühlflüssigkeit fließt dann mit einem Temperaturunterschied von 6 bis 10 Kelvin durch die Kollektoren und nimmt über den natürlichen Prozess der Wärme-Egalisation Energie auf.