Bei Gebäuden mit Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) spielt die Integration von Photovoltaik bislang keine Rolle, denn die Konstruktion von Fassaden mit klassischen, glasbasierten Photovoltaikmodulen setzt in der Regel Vorhangfassaden voraus, oder die starren Module werden mit vergleichsweise aufwändigen Metallunterkonstruktionen vor die eigentliche Fassade montiert. Beides ist teuer und unflexibel, da die glasbasierten Module in festen Formaten vorliegen. Damit bleibt die Fassadenintegration stromerzeugender Module bislang vor allem Neubauten ohne Wärmedämmverbundsysteme vorbehalten.
WDVS werden aber seit Jahren in großem Umfang sowohl bei Neubauten, als auch in der Sanierung von Bestandsgebäuden eingesetzt. Deshalb rechnen sich DAW und Opvius, die Partner im Frankfurter Pilotprojekt, gute Marktchancen für ihr System aus. Opvius ist Hersteller organischer Solarzellen, wobei der Fokus des Unternehmens auf kundenspezifischen Lösungen liegt. Geschäftsfeld von DAW sind Beschichtungssysteme, so auch Wärmedämmverbundsysteme, welche unter anderen über die Marken Caparol und Alsecco vertrieben werden.
Laut Opvius-Geschäftsführer Ralph Pätzold ergeben sich die Marktchancen für die jetzt in Frankfurt erstmals realisierte In-Putz-PV -Lösung aber nicht aus dem klassischen EEG-Ansatz. "Es geht hier nicht um eine klassische Investionsentscheidung mit zugehöriger Renditebetrachtung. Wir stellen, einfach gesagt, auch kein klassisches PV-Produkt her, sondern eine energieerzeugende Oberfläche zur Integration in multi-funktionale Baustoffe", erläutert er. Die Marktchancen ergäben sich dann über die Energiebilanzierung der Lösung. "Wenn man die Dämmwirkung einer Fassade im Hinblick auf die Reduktion des Primärenergiebedarfs bilanziert betrachten darf, lässt sich die passive Dämmschicht durch die Anrechnung der energieerzeugenden Komponente dünner gestalten. Dadurch reduziert sich der überbaute Raum und es ergibt sich eine sofortige Rendite in Form des Flächengewinns", so Pätzold.
Im Gegensatz zu anderen internationalen Regularien biete zwar die Energieeinsparverordnung heute nur sehr beschränkt Möglichkeiten einer solchen bilanziellen Betrachtung, aber Pätzold ist sich sicher: Das wird sich ändern. Auch Thomas Loewenstein, Projektleiter bei DAW, sieht die Chance der Lösung darin, "die passive Wärmedämmung um eine aktive Komponente zu bereichern und damit eine bilanztechnische Aufwertung der Fassade zu erreichen".
Die Idee, PV-Module in ein Wärmedämmverbundsystem zu integrieren, ist nicht neu. Bereits von 2010 bis 2012 erforschten der Zentralverband Deutsches Baugewerbe, der WDVS-Anbieter Sto und der Hersteller von Dünnschichtsolarmodulen CIS Solartechnik die Integration leichter Solarpaneele ohne Glas auf Basis der CIS-Dünnschichttechnologie. Ziel war auch damals die konstruktive Umsetzung einer wärmedämmenden und gleichzeitig energieaktiven, voll funktionstüchtigen Außenwandbekleidung in einem Aufbau. Dabei entschieden sich die Projektpartner für die Vorfertigung eines PV-WDVS-Elementes, das heißt eine werksseitige Verklebung des PV-Moduls auf einer Trägerplatte. Zur Anwendung an einem realen Gebäude kam es jedoch nicht, es wurde lediglich eine einige Quadratmeter große Wand als Prototyp erstellt. Der Modullieferant ist inzwischen vom Markt verschwunden.
Die Lösung am Gebäude der Frankfurter Wohnbaugesellschaft ABG Holding sieht anders aus. Zum einen kommen hier die gedruckten organischen PV-Module von Firma Opvius zum Einsatz, die sich dadurch auszeichnen, dass sie sich in nahezu jeglicher Form und Farbe herstellen lassen. Zum anderen werden die PV-Fliesen erst auf der Baustelle verklebt – und zwar auf die Armierungsschicht des WDVS-Systems. "Diese Schicht besteht aus zwei Lagen, von denen eine besonders dickschichtig ist. Darin werden die Anschlussleitungen verlegt", berichtet Matthias Brox, Technischer Leiter bei Alsecco. Mit einer kleinen Einweisung könnten die PV-Fliesen von jedem Handwerker verarbeitet werden, der Wärmedämmverbundsysteme anbringt. Nach dem vollflächigen Verkleben der PV-Module werden diese ganz normal abgeklebt und eingeputzt. Die Leitungen werden an einem Punkt gesammelt und dort ins Gebäudeinnere geführt. Den Anschluss an den Wechselrichter übernimmt ein Elektriker.
"Dank der grenzenlosen Gestaltungsfreiheit lässt sich mit unseren PV-Modulen das Design einer Fassade nahtlos fortsetzen oder erst definieren, ihre Konfektionierung ermöglicht einen sehr hohen Flächenbelegungsgrad ", sagt Pätzold. Hinzu kommen weitere Vorteile wie ein positiver Hitzekoeffizient, das heißt bei Wärmeeinwirkung steigt die Effizienz der Energiegewinnung, Winkelunabhängigkeit bei der Einstrahlung des Sonnenlichts und eine gute Leistung bei schwachem und diffusem Licht.
Der Wirkungsgrad der Module ist zwar deutlich niedriger als beispielsweise der von klassischen Solarmodulen auf Siliziumbasis, das jedoch sage über die Leistung nichts aus, denn der Wirkungsgrad wird bei fest vorgeschriebenen Bedingungen im Labor ermittelt. Zudem spiele der Wirkungsgrad für Opvius nur eine untergeordnete Rolle. "Zum einen zielen wir darauf ab, ansonsten ungenutzte Flächen zu aktivieren und sind damit nicht in Konkurrenz mit bestehenden Lösungen. Zum anderen verstehen wir uns als Baustoff und nicht als PV-Modul. Das heißt es ist uns wichtiger, einen angepassten Quadratmeterpreis anbieten zu können und damit eine möglichst hohe Flächenbelegung mit unserem Material zu erreichen als eine vermeintlich hohe Effizienz auf einer vorgegebenen Fläche anzustreben."
Der Prototyp in Frankfurt kommt gerade mal auf eine Leistung von 0,6 Kilowatt peak, der erwartete Jahresertrag beträgt 420 Kilowattstunden. Doch das reicht, um die Integrierbarkeit zu demonstrieren. Zu Demonstrationszwecken habe man beim Pilotprojekt auch fünf verschiedene Modulgrößen gewählt, außerdem verschiedene Farben, so Matthias Brox von Alsecco. "Jetzt werden wir abwarten und Erfahrungen sammeln, Verbesserungspotenziale analysieren und dann geht es ans nächste Projekt." Die Resonanz sei riesig, ein konkretes Folgeprojekt sei aber noch nicht geplant.
Bauwerksintegrierte Photovoltaik gilt als ein Baustein, um einen klimaneutralen Gebäudebestand zu erreichen. Dachflächen für konventionelle Solarmodule stehen nur begrenzt zur Verfügung, andere Gebäudeflächen werden bisher kaum zur Energiegewinnung genutzt. Um Architekten und Planer, aber auch Bauherren und Stadtplaner dabei zu unterstützen, die Gebäudehülle für die Energiegewinnung zu aktivieren, eröffnet das Helmholtz-Zentrum Berlin im Frühjahr 2019 eine nationale Beratungsstelle für bauwerksintegrierte Photovoltaik. "Aus unseren Diskussionen mit Akteuren im Baubereich wissen wir, dass es vielen Architekturbüros schwerfällt, das dazu nötige Spezialwissen vorzuhalten", erläutert Björn Rau, stellvertretender Leiter am HZB-Institut PVcomB und verantwortlich für das Projekt. Bislang gibt es keine neutrale Anlaufstelle, die aktuelle Informationen aufbereitet, bewertet und einordnet und eine unabhängige Beratung für Architekten, Planer, Bauherren, Investoren und Stadtentwickler anbietet. von Silke Thole