PV für Gebäudehüllen: Von der Nische zum Massenmarkt?

29.03.2019

Solarmodule werden längst nicht mehr nur auf Dächern oder in speziellen PV-Anlagen installiert. Stattdessen entwickelt sich derzeit ein weltweiter Massenmarkt für Module, welche direkt in die Gebäudehülle integriert werden. Das Fraunhofer ISE präsentiert einen farbigen Prototypen für die Integration in ihr neues Laborgebäude.

Immer mehr Städte möchten für die Zukunft auf Solarenergie setzen. Platz wäre auf den Dächern vieler Metropolen ausreichend, allerdings mangelt es oftmals noch an der Effizienz oder entsprechenden ganzheitlichen Konzepten. Um dem Ziel der Nachhaltigkeit einen großen Schritt näher zu kommen, bedarf es also innovativer Energiesysteme für die Integration von Solarmodulen in die Gebäude, auch über das Dach hinaus. Die Idee, entsprechende PV-Module in die Gebäudehüllen zu integrieren, ist per se nicht neu. Nun haben Wissenschaftler des Fraunhofer ISE (Institut für Solare Energiesysteme) Empfehlungen veröffentlicht, welche diese Idee endlich massentauglich machen sollen und somit einen weltweiten Markt eröffnen könnten.

Bauwerkintegrierte Solarmodule nach wie vor eine Nische

Immer mehr Privathaushalte installieren eine PV-Anlage auf dem Dach und auch gewerbliche Solaranagen nehmen in ihrer Zahl sowie Fläche stetig zu. Die Solarenergie gilt zum Stand heute mit steigendem Anteil der Bruttostromerzeugung als die vielversprechendste erneuerbare Energie und wird mit großer Wahrscheinlichkeit in Zukunft eine tragende Rolle spielen. Je mehr Flächen sich also für die Installation entsprechender Anlagen nutzen lassen, desto effizienter und zuverlässiger kann die Solarenergie funktionieren.

Gerade weitläufige Anlagen sind aber häufig umstritten, schließlich nehmen sie viel Platz in Anspruch und bedeuten einen großen Eingriff in die Natur und damit auch das Ökosystem an Land oder im Wasser. Dennoch machen sie aktuell rund 25 Prozent der Solarstromanlagen in Deutschland aus. Die restlichen 75 Prozent befinden sich beinahe ausschließlich auf Dächern. Der Anteil der bauwerkintegrierten Solarmodule ist hingegen nach wie vor verschwindend gering. Allerdings soll schon bald eine Umverteilung stattfinden, kündigt das Fraunhofer ISE an. Denn diese vertikalen Module bringen neben der Platzersparnis und somit auch Umweltfreundlichkeit noch weitere Vorteile mit sich.

Vorzüge und Risiken der vertikalen Integration

Wie bereits erwähnt, könnten und sollen laut Fraunhofer ISE eines Tages die vertikalen Solarmodule in den Gebäudehüllen die PV-Anlagen auf Dächern sowie Freiflächen ergänzen oder sogar vollständig ersetzen. Vor allem im Winter, welcher für die Solarenergie in den deutschen Breitengraden eine der größten Herausforderungen darstellt, könnten die vertikalen Elemente ihre Vorzüge optimal entfalten. Schneefall stellt für sie keine Ertragsgefahr dar. Im Gegenteil: Sie fangen die tiefstehende Sonne besonders gut ein und liefern somit Spitzenwerte in den Morgen- oder Nachmittagsstunden, je nach Ausrichtung.

Einen weiteren Vorteil können die Anlagen in Verbindung mit Solarstromspeichern bieten, die seit einigen Jahren auch von der KfW gefördert werden. Dann wird auch eine Infrarotheizung mit ihrer sehr direkten Wärmestrahlung nochmals attraktiver. Die Kopplung einer solchen Heizung mit PV-Anlagen galt bisher als unwirtschaftlich, da gerade zur Heizperiode die Solaranlage den geringsten Ertrag erzielt. Der Wegfall der Eigenverbrauchsvergütung für den selbst erzeugten Strom stellt eine weitere Hürde dar. Mit hocheffizienten PV-Speichern und den den guten Ertragswerten von vertikalen Solarmodulen kann der Autarkiegrad bei der Heizung jedoch gesteigert werden.

Photovoltaikanlage auf einem Dach fotolia.com © tl6781 #119002551

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Demgegenüber können sie in den Sommermonaten nicht mit den ausgerichteten Aufdachanlagen mithalten, diese aber dennoch optimal ergänzen. Aus diesem Grund hat die Bundesregierung angekündigt, bis zum Jahr 2050 einen klimaneutralen Gebäudebestand zu verwirklichen. In diesem Zuge könnte BIPV (Building-integrated Photovoltaic) eine zunehmend wichtige Rolle spielen.

Gesetzgeber gibt BIPV Rückenwind

Obwohl die gebäudeintegrierten Solarmodule also zum Stand heute noch eine Nische darstellen, werden sie spätestens ab dem Jahr 2021 die deutschen Gebäude im Sturm erobern, da sind sich Architekten und Planer sicher. Denn zu diesem Zeitpunkt tritt die neue EU-Gebäuderichtlinie in Kraft und bei der Umsetzung dieser Richtlinie für eine ausgeglichene Energiebilanz führt kaum ein Weg an BIPV vorbei. Vor allem für Städte seien die Potenziale riesig und sie könnten endlich den Ökostromausbau vorantreiben, um ländliche Regionen einzuholen.

Fehlende Freiflächen sollen somit nicht länger ein Problem darstellen. Gerade mehrstöckige Gebäude könnten im Rahmen einer Sanierung oder eines Neubaus mit den Solarmodulen in der Hülle ausgestattet werden. Zwar fallen dadurch höhere Kosten an als für klassische Gebäudehüllen, jedoch würden sich diese innerhalb von etwa zehn Jahren amortisieren, so die Schätzungen des Fraunhofer ISE.

(K)eine Frage der Ästhetik

Wer nun an die schwarzen Solarmodule denkt, welche auf den meisten Dächern oder Freiflächenanlagen zu finden sind, zweifelt oftmals an der Ästhetik entsprechender gebäudeintegrierter PV-Module. Aus diesem Grund hat das Fraunhofer ISE nun erste farbige Prototypen vorgestellt. Sie können lichtundurchlässig oder als teiltransparente Glasflächen installiert werden und sind beispielsweise in der Farbe Grün erhältlich.

Photovoltaik Anlage auf Feld fotolia.com © Stockfotos-MG #82734794

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BIPV ermöglichen komplett regeneratives Energiesystem

Ein solches Modell wird nun in die Fassade des neuen Laborgebäudes des Fraunhofer ISE eingebaut. Das monokristalline IBC-Modul misst einen Quadratmeter. Es weist eine Anti-Blend-Struktur sowie etwa 195 Wp Leistung auf. Das sind rund sieben Prozent weniger als ein vergleichbares schwarzes Modul. Die Effizienz der farbigen Solarmodule ist also bereits jetzt mehr als zufriedenstellend, soll aber weiter optimiert werden.

An der Ästhetik wird die Umsetzung des Konzeptes BIPV also ebenso wenig scheitern wie am Platzangebot. Das Fraunhofer ISE kam zu dem Ergebnis, dass die in Deutschland verfügbaren Gebäudeflächen, welche für die Integration entsprechender Solarmodule geeignet wären, für ein vollständig regeneratives Energiesystem in der Bundesrepublik nicht nur ausreichend würden, sie könnten sogar fünf Mal mehr Energie produzieren als benötigt.

Dementsprechend könnte Deutschland nicht nur die Energiewende autonom stemmen, sondern auch noch als Exporteur einen weltweiten Massenmarkt erschließen. Mit der Ausdehnung der industriellen Produktion der Module des BIPV werden schon bald die Stückkosten deutlich sinken.

Forscher am Karlsruher Institut für Technologie arbeiten zudem bereits an einer Möglichkeit, entsprechende Solarzellen auf Perowskit-Basis mit einem 3D-Drucker herzustellen. Mit einem solchen oder ähnlichen Konzept wäre es unter Umständen möglich, auch individuelle Solarmodule kostengünstig herzustellen, welche von Architekten optimal ins Gebäude integriert werden können. Bereits jetzt sind die gebäudeintegrierten Solarmodule rund ein Drittel günstiger als zu Beginn. Möglich wird also schon bald vieles sein und auch diese Möglichkeiten werden dem Konzept BIPV neuen Aufschwung verleihen.

BIPV nimmt die Abkürzung zum Massenmarkt

Noch handelt es sich zwar um reine Spekulation, doch all die geschilderten Vorteile der gebäudeintegrierten Solarmodule in Kombination mit den neuen Richtlinien sowie technologischen Weiterentwicklungen deuten darauf hin, dass sich BIPV von der Nische zum Massenmarkt entwickeln wird und zwar schon bald sowie in rasantem Tempo.

Wichtig ist es dafür, die vertikalen Solarmodule bereits in die Planung sowie den Bau entsprechender Gebäude zu integrieren, denn dann sind sie am wirtschaftlichsten und können ein Höchstmaß an Ästhetik sowie Effizienz vereinen. Sobald BIPV ein normaler Bestandteil des Alltags von Planern sowie Architekten ist, wird das Konzept nicht nur in Deutschland, sondern auch weltweit zum Massenmarkt werden, so die Prognosen. Das Fraunhofer ISE fördert bereits jetzt entsprechende Projekte mit verschiedenen Partnern aus der Informationstechnik sowie Bauindustrie.

Fazit

Es bleibt spannend rund um das Thema BIPV, ob und wann die vertikalen Solarmodule zur Massenproduktion und in die Gebäudehüllen integriert werden. Das würde nicht nur einen großen Fortschritt in der Energiewende der Bundesrepublik bedeuten, sondern auch die Chance auf eine Vorreiterrolle auf einem internationalen Massenmarkt.

Dennoch ist Deutschland keinesfalls konkurrenzlos. Auch viele andere Länder wie China feilen an Lösungen für gebäudeintegrierte PV-Anlagen. Wer sich durchsetzt, genießt vor allem auf dem italienischen sowie französischen Markt exzellente Erfolgschancen, denn hier sind die Preisvorteile durch BIPV besonders hoch und somit auch die Nachfrage nach alternativen Lösungen angesichts der stetig steigenden Strompreise.

Es ist also durchaus realistisch, dass die bunten Solarzellen eines Tages zum ganz normalen Stadtbild gehören. Sie könnten bestenfalls sogar Freiflächenanlagen ersetzen und den Energiebedarf in Deutschland um ein Fünffaches übertreffen. Dies wiederum ermöglicht neue wirtschaftliche Möglichkeiten im Bereich der Speicherung oder Einspeisung überschüssiger Energie. Dennoch ist all das bislang reine Spekulation und es bleibt abzuwarten, in welche Richtung die Entwicklung schlussendlich tatsächlich gehen wird. Eines steht aber fest: Spätestens mit der neuen Richtlinie im Jahr 2021 wird auf jeden Fall wieder Schwung in die Thematik kommen.