Claudia Kressin Lic. rer. publ./ Dipl.-Phys. Manfred Starlinger
Sie sind um die Hälfte leichter als ihre konventionellen Vorgänger, sie sorgen für eine beachtliche Energieernte und zudem lassen sie die Herzen von Fassadengestaltern höher schlagen: „PV light“ – die neuen Leicht-Lamellen-Fassadensysteme mit integrierter Photovoltaik aus dem Hause Colt International.
Schon lange fragen Architekten und Planer nach einem flexibel planbaren und ästhetischen Lamellen-Bauelement, das die herkömmlichen Photovoltaik-Glaslamellen ablösen soll. Der anhaltende Boom der letzten Jahre und das entsprechende Wachstum der Photovoltaik als „grüner“, erneuerbarer Energiewandler sorgen für zusätzlichen Druck auf die Branche.
Nachteil: Zu hohes Eigengewicht
Längst haben PV-Module Einzug in die architektonisch anspruchsvolle Gebäudeintegration gefunden. Eine edle und seit Jahren erfolgreich betriebene Form der photovoltaischen Integration ist die Implementierung von Solarzellen in außen liegende Sonnenschutzsysteme. Entscheidender Nachteil dieser Technik sind die teilweise massiven Glasstärken der PV-Lamellen, die aufgrund der Anforderungen an Gebäuderaster und Statik erforderlich werden.
Glasstärken von 12, 16 oder mehr Millimetern sind keine Seltenheit und führen zu hohen Eigengewichten.
Diese müssen mechanisch in der Fassade abgefangen werden, sind Herausforderung für Kinematik und Nachführtechnik und schränken den Einsatz der Lamellensysteme häufig ein.
Außerdem neigen dickere Gläser zu verstärkter Absorption; das wiederum mindert den photovoltaischen Ertrag.
Im Rahmen eines von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojektes entwickelte ein Expertenteam ein Lamellen-Leichtgewicht auf Folienbasis.
Die neue GIPV-Leichtbaustruktur öffnet neue Perspektiven für die Fassadengestaltung und erfüllt zudem die europäischen Forderungen nach energieeffizienter Gebäudeplanung.
„Entglasung“ der Module
Drei Jahre lang steckten Experten von Colt International ihre Köpfe mit Vertretern des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung ZSW zusammen. Mit von der Partie waren außerdem die Firma GGS als Spezialist für GIPV-Module, der österreichische Folienlieferant Isovolta sowie Würth Solar als Dünnschichtspezialist (CIS).
Eines der Hauptziele der Projektpartner: Die „Entglasung“ der Photovoltaik-Module.
Ersetzt man das Glas durch geeignete Folienmodule, so lautete die Arbeitshypothese der Projektpartner, so ließe sich das Gewicht der Lamellenelemente um bis zu 80 Prozent reduzieren.
Eine geeignete Leichtbautechnik würde zudem den Einsatz ungleich größerer Strukturen erlauben, als dies mit Glas bis dato möglich ist, zum Beispiel bewegliche und sonnenstandgeführte PV-Vordächer. Das EU-Forschungsprojekt startete im Februar 2003. Die Projektpartner gaben sich einen harten Kriterienkatalog für das zu entwickelnde Produkt.
- Es sollte ein effektiver Wärmeschild sein, der das Gebäudeinnere weitgehend gegen Strahlungslasten durch direkte Sonneneinwirkung abschirmt und damit die Notwendigkeit der Klimatisierung reduziert oder sogar überflüssig macht.
- Die abgewehrte Sonnenstrahlung sollte möglichst effizient in umweltfreundlichen, erneuerbaren Strom gewandelt werden, ohne freilich auf den Komfort von Tageslicht im Gebäudeinnern zu verzichten und ohne den erforderlichen Energieaufwand für Kunstlicht ungünstig zu beeinflussen.
- Mit leichgewichtigen Systemstrukturen, die den einfachen mechanischen Anbau an jeden beliebigen Fassadentyp ermöglichen, sollte ein Gebäudehüllenelement geschaffen werden, das wie eine Membran Luft, Licht und Energieeinflüsse komfortabel und Energie minimierend koordiniert.
- Last but not least ging es darum, ein attraktives architektonisches Bauelement zu entwickeln, das dem Planer ästhetisch gelungene und einfach umzusetzende Lösungsvarianten bietet.
Testplattformen errichtet
Aus anfänglich vier Standardlösungen wurden zwei ausgearbeitet und auf dem Gelände des ZSW in Widderstall umfangreich getestet.
Spezielle Testplattformen wurden errichtet, die ein typisches Büro nachbilden. Umfangreiche Präzisionsmesstechnik erlaubte hier erstmals die detaillierte Charakterisierung von Großlamellen-Sonnenschutztechnik im großen Stil. Innenraum- und Oberflächentemperaturen, Beleuchtungsstärken und Leuchtdichten, Lamellenposition, solare PV-Leistung sowie die lokalen Wetterbedingungen wurden hier permanent vermessen.
Diese Testplattformen, die auch heute noch, nach Projektende, gemeinsam von Colt International und dem ZSW betrieben werden, lassen präzise Rückschlüsse auf wichtige Planungsgrößen wie den Abminderungswert (Fc), Heiz- und Kühllasten, Tageslichtquotienten und –autonomien, „grüne“ Stromernte etc. zu.
Verschiedene Folienmaterialien wurden in mechanischen Versuchen und Klimakammertests erprobt und erwiesen sich als außerordentlich belastbar. Colt International strebt zurzeit die branchenübliche Gewährleistung gemäß IEC 61215 für das Folienlaminat der neuen PV-light-Lamellensysteme an.
Die eigentliche Folienkomposition ist ein mehrlagiger Schichtenaufbau aus veredelten und speziell behandelten PVF und PET Einzelfolien vom Typ Icosolar der Firma Isovolta und ist in der Basisausführung eine transparente, leicht milchige Erscheinung.
Dieses Material wird nun in einen Aluminium Leichtbaurahmen dauerhaft und elastisch gespannt und ergibt im Endergebnis die eigentliche PV-Lamelle. Das Folienmaterial selbst kann durch Siebbedruckung gestalterisch weiter veredelt werden.
Auf der Basis der Tests wurden verschiedene Computersimulationen durchgeführt. Die Rahmenbedingungen von zwei typischen europäischen Klimazonen wurden hierbei berücksichtigt:
Das moderate mitteleuropäische Klima von Berlin und das heiße südeuropäische Klima von Madrid. Feldforschungen und Simulationstests führten zu weitgehend deckungsgleichen Erkenntnissen.
Es ist gelungen, ein Modell eines GIPV-Leichtbau-Lamellenmusters zu entwickeln, mit dem das Gesamtgewicht der kompletten Installation inklusive Fassadenbefestigung, Unterkonstruktion, Mechanik und thermohydraulischer Nachführung auf 17,2 Kilogramm pro Quadratmeter reduziert wird. Zum Vergleich: Ein herkömmliches PV-Lamellensystem wiegt pro Quadratmeter rund 34 Kilogramm.
Weitere Informationen
PV light bba 547
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