Photovoltaik nicht nur auf dem Dach
Kühler Kopf dank solarer Fensterläden
Die bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV) bildet noch immer eine Nische - sowohl im Bauwesen als auch in der Photovoltaik. Dabei zeigt sich immer häufiger, welche gestalterischen Möglichkeiten die BIPV Architekten und Bauherren bietet. Bei der Sanierung eines ehemaligen Wirtschaftsgebäudes wurden die PV-Module mit Steckverbindern aus der Serie Sunclix mini von Phoenix Contact verkabelt.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH Die Produktfamilie Sunclix mini wurde speziell für die Gebäudeintegration entwickelt. Die Miniatur-Steckverbinder mit einem Durchmesser von lediglich 11mm verschwinden unsichtbar in jedem Fassadenprofil. Mit der Schutzart IP67 und der Zertifizierung nach DIN EN50521 halten sie selbst ungeschützt jeder Witterung stand. Die werkzeuglose Installation, die lediglich das Abisolieren der Leitung erfordert, macht den Steckverbinder mit Pierce-Technologie zur praktischen Anschlusstechnik für Ströme bis 15A und Spannungen bis 1.000V DC. Für Isolierglas mit Photovoltaik bietet die Produktfamilie eine einpolige Modulanschlussdose, die zwischen den äußeren Scheiben des Isolierglases platziert wird und ebenfalls für Ströme bis 15A und Spannungen von 1.000V ausgelegt ist. Der aus dem Modul geführte Flachleiter wird mittels eines Federkontaktes kontaktiert.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH
Sunclix mini - Kleine Steckverbinder für die PV im Gebäude
Ein wenig verschlafen liegt das kleine Dorf Nechlin - umgeben von weiten Feldern und ausgedehnten Storchenwiesen - etwa eineinhalb Autostunden nordöstlich von Berlin im Landkreis Uckermark. Doch was sich inmitten des Ortskerns auftut, überrascht: Das Schnitterhaus - ein Paradebeispiel der bauwerkintegrierten Photovoltaik.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHEnergetisches Gesamtkonzept
Das ehemalige Wirtschaftsgebäude wurde vor wenigen Jahren mit viel Liebe zum Detail saniert. Früher diente es zur Unterbringung von Saisonarbeitern, so genannten Schnittern, die beim Einfahren der Ernte halfen. Im Zuge der Sanierung wurde aus einer baufälligen Energieschleuder ein Niedrigstenergiegebäude, das ungefähr so viel Strom erzeugt, wie innen verbraucht wird. "Bei der aufwändigen Sanierung wurden altbewährte Baumaterialen für ein energetisches Gesamtkonzept durch zahlreiche PV-Komponenten ersetzt, erläutert die renommierte Solararchitektin Astrid Schneider, die die PV in die Gebäudehülle des Schnitterhauses integriert hat. "Die Gebäude-Elemente erhalten durch die Photovoltaik eine Zusatzfunktion, mit der das alte Haus zum innovativen Selbstversorger in Sachen Strom wird".
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHWas genau ist BIPV?
Building Integrated Photovoltaics - zu deutsch bauwerkintegrierte Photovoltaik oder auch kurz BIPV - beschreibt die vollständige Integration der Photovoltaik in die Gebäudehülle. Als solche übernimmt die PV die verschiedenen Funktionen der Außenhaut, wie die Eindeckung des Daches, die (dämmende) Fassade, Verschattungselemente, Balkonbrüstungen oder Verkleidungen. Auch in Einfach- oder Isolierverglasungen können Solarzellen integriert werden. Diese Elemente haben primär eine Funktion als Bauelement, aber darüber hinaus dienen sie der Energieerzeugung und wandeln Sonnenlicht in Strom. Spätestens seit der Verabschiedung der neuen EU-Gebäuderichtlinie, die vorschreibt, dass ab dem Jahr 2020 alle neuen Gebäude in 'Nearly Zero Energy' - also nach Möglichkeit im Nullenergiehaus-Standard errichtet werden müssen, führt am Thema BIPV kein Weg vorbei. Denn der minimierte Energiebedarf soll laut EU-Richtlinie - die auch in Deutschland in die Baugesetzgebung umgesetzt wird - durch erneuerbare Energien gedeckt werden, die das Gebäude selbst erzeugt. Schneider: "Vor allem bei großen Gebäuden mit relativ kleiner Dachfläche wird es daher notwendig, auch die restliche Gebäudehülle zur Energiegewinnung zu nutzen." Dabei ist die Effizienz der Photovoltaik auch noch außerhalb ihrer optimalen Ausrichtung - circa 30° gen Süden geneigt - durchaus bemerkenswert. Eine Südfassade bringt noch immerhin 70 Prozent des vollen Ertrags. Eine Ost-West-Ausrichtung schmälert den Ertrag zwar geringfügig, ist aber aufgrund ihrer Vorteile in den Morgen- und Abendstunden einer Südausrichtung durchaus ebenbürtig. Vor allem in den Wintermonaten kann die Fassade punkten: Zum einen aufgrund der im Tagesverlauf tiefer stehenden Sonne, die länger die Fassade als die Dachfläche anscheint, zum anderen weil die vertikal angebrachten Module nicht vom Schnee verdeckt werden und somit den ganzen Tag Energie liefern.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHMiniatur-Steckverbinder im Hintergrund
Schneider platzierte die PV-Flächen nicht nur in der gesamten Dachhaut, sondern nutzte die ästhetischen Glas-Glas-Module auch als Verschattungselemente über den Fenstern der Süd-West-Fassade. Als besonderes Highlight forscht die Architektin an sogenannten solaren Fensterläden, die auch beim Schnitterhaus zum Einsatz kommen. Sie können bei Bedarf - immer parallel zum Fenster - vor dieses gezogen werden. Somit sorgen sie auch für Verschattung und Sichtschutz. "Die architektonische Herausforderung beim Schnitterhaus lag zweifellos darin, den Bewegungsmechanismus der Fensterläden und gleichzeitig den sicheren elektrischen Anschluss der Module optimal umzusetzen", resümiert Schneider. Die PV-Spezialistin entschied sich dafür, die Zuleitungen durch die Profile der Mechanik zu führen. "Da es an diesen neuralgischen Punkten durch die ständige Bewegung im Laufe der langen Lebensdauer der Solarmodule von über 30 Jahren durchaus zu Beeinträchtigungen an der Leitung kommen kann, wollte ich an beiden Enden Steckverbinder positionieren. So sind die Module einfach zu warten, und im Fehlerfall kann die Zuleitung problemlos ausgetauscht werden. Und bei der ganzen Technik sollte das visuelle Erscheinungsbild des Gebäudes nicht beeinträchtigt werden."
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHAnforderung an die Komponenten
Denn was auf der Freifläche oder hoch auf dem Dach noch nebensächlich ist, gewinnt an Bedeutung, je mehr es in den Sichtbereich rückt: Die Ästhetik. Die Module müssen nicht nur ansprechend aussehen, ihre Anschlusstechnik soll auch im Hintergrund bleiben. Schneider entschied sich hier für die Steckverbinder "Sunclix mini" von Phoenix Contact, die mit ihrer schmalen Bauform speziell für die BIPV entwickelt wurden. Auf diese Weise bleibt die Anschlusstechnik dezent im Hintergrund. Die monokristallinen Glas-Glas-Module der acht solaren Fensterläden bringen es kumuliert auf eine Leistung von 1.160W - und fügen sich mit ihrem Holzrahmen gediegen ins Gesamtbild des Gebäudes ein. Dabei fällt die PV im Inneren der Elemente erst bei genauerem Hinsehen auf. Im Ausgangszustand sind die Fensterläden seitlich neben den Fenstern platziert. Um sie als Sichtschutz oder Verschattungselement zu nutzen, werden sie über eine speziell angefertigte Mechanik vor das Fenster geschwenkt und von innen verriegelt. Hierbei kann auch eine sogenannte Lüftungsstellung gewählt werden, bei der die Fensterläden die Fensteröffnung nicht vollständig verschließen, sondern wenige Zentimeter vor der Wand arretiert werden. Dadurch entsteht ein Luftspalt, in dem die Luft durch den Kamineffekt zirkuliert. Dies hat vor allem in der warmen Jahreszeit den positiven Effekt, dass die Fensterläden nicht nur die Sonneneinstrahlung reduzieren, sondern gleichzeitig zur optimalen natürlichen Belüftung beitragen und so einem Hitzestau im Inneren des Gebäudes vorbeugen.
Fazit
Am Schnitterhaus in Nechlin konnte Solarchitektin Astrid Schneider zeigen, wie selbstverständlich Photovoltaik selbst in ein historisches Gebäude integriert wird. Durch die clevere Anschlusstechnik wurde die Installation wartungsfreundlich umgesetzt, ohne dabei den ästhetisch-visuellen Gesamteindruck des Gebäudes zu stören. "Das Projekt Schnitterhaus, bei dem die Erwartungen aller Beteiligten - vom Planer bis zum Mieter - erfüllt wurden, dient mir inzwischen als Referenz für zahlreiche spannende Projekte", berichtet Schneider. "Dank der neuen EU-Gebäuderichtlinie wird sich die BIPV sprunghaft weiterentwickeln."
Die bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV) bildet noch immer eine Nische - sowohl im Bauwesen als auch in der Photovoltaik. Dabei zeigt sich immer häufiger, welche gestalterischen Möglichkeiten die BIPV Architekten und Bauherren bietet. Bei der Sanierung eines ehemaligen Wirtschaftsgebäudes wurden die PV-Module mit Steckverbindern aus der Serie Sunclix mini von Phoenix Contact verkabelt.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH Die Produktfamilie Sunclix mini wurde speziell für die Gebäudeintegration entwickelt. Die Miniatur-Steckverbinder mit einem Durchmesser von lediglich 11mm verschwinden unsichtbar in jedem Fassadenprofil. Mit der Schutzart IP67 und der Zertifizierung nach DIN EN50521 halten sie selbst ungeschützt jeder Witterung stand. Die werkzeuglose Installation, die lediglich das Abisolieren der Leitung erfordert, macht den Steckverbinder mit Pierce-Technologie zur praktischen Anschlusstechnik für Ströme bis 15A und Spannungen bis 1.000V DC. Für Isolierglas mit Photovoltaik bietet die Produktfamilie eine einpolige Modulanschlussdose, die zwischen den äußeren Scheiben des Isolierglases platziert wird und ebenfalls für Ströme bis 15A und Spannungen von 1.000V ausgelegt ist. Der aus dem Modul geführte Flachleiter wird mittels eines Federkontaktes kontaktiert.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH
Sunclix mini - Kleine Steckverbinder für die PV im Gebäude
Ein wenig verschlafen liegt das kleine Dorf Nechlin - umgeben von weiten Feldern und ausgedehnten Storchenwiesen - etwa eineinhalb Autostunden nordöstlich von Berlin im Landkreis Uckermark. Doch was sich inmitten des Ortskerns auftut, überrascht: Das Schnitterhaus - ein Paradebeispiel der bauwerkintegrierten Photovoltaik.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHEnergetisches Gesamtkonzept
Das ehemalige Wirtschaftsgebäude wurde vor wenigen Jahren mit viel Liebe zum Detail saniert. Früher diente es zur Unterbringung von Saisonarbeitern, so genannten Schnittern, die beim Einfahren der Ernte halfen. Im Zuge der Sanierung wurde aus einer baufälligen Energieschleuder ein Niedrigstenergiegebäude, das ungefähr so viel Strom erzeugt, wie innen verbraucht wird. "Bei der aufwändigen Sanierung wurden altbewährte Baumaterialen für ein energetisches Gesamtkonzept durch zahlreiche PV-Komponenten ersetzt, erläutert die renommierte Solararchitektin Astrid Schneider, die die PV in die Gebäudehülle des Schnitterhauses integriert hat. "Die Gebäude-Elemente erhalten durch die Photovoltaik eine Zusatzfunktion, mit der das alte Haus zum innovativen Selbstversorger in Sachen Strom wird".
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHWas genau ist BIPV?
Building Integrated Photovoltaics - zu deutsch bauwerkintegrierte Photovoltaik oder auch kurz BIPV - beschreibt die vollständige Integration der Photovoltaik in die Gebäudehülle. Als solche übernimmt die PV die verschiedenen Funktionen der Außenhaut, wie die Eindeckung des Daches, die (dämmende) Fassade, Verschattungselemente, Balkonbrüstungen oder Verkleidungen. Auch in Einfach- oder Isolierverglasungen können Solarzellen integriert werden. Diese Elemente haben primär eine Funktion als Bauelement, aber darüber hinaus dienen sie der Energieerzeugung und wandeln Sonnenlicht in Strom. Spätestens seit der Verabschiedung der neuen EU-Gebäuderichtlinie, die vorschreibt, dass ab dem Jahr 2020 alle neuen Gebäude in 'Nearly Zero Energy' - also nach Möglichkeit im Nullenergiehaus-Standard errichtet werden müssen, führt am Thema BIPV kein Weg vorbei. Denn der minimierte Energiebedarf soll laut EU-Richtlinie - die auch in Deutschland in die Baugesetzgebung umgesetzt wird - durch erneuerbare Energien gedeckt werden, die das Gebäude selbst erzeugt. Schneider: "Vor allem bei großen Gebäuden mit relativ kleiner Dachfläche wird es daher notwendig, auch die restliche Gebäudehülle zur Energiegewinnung zu nutzen." Dabei ist die Effizienz der Photovoltaik auch noch außerhalb ihrer optimalen Ausrichtung - circa 30° gen Süden geneigt - durchaus bemerkenswert. Eine Südfassade bringt noch immerhin 70 Prozent des vollen Ertrags. Eine Ost-West-Ausrichtung schmälert den Ertrag zwar geringfügig, ist aber aufgrund ihrer Vorteile in den Morgen- und Abendstunden einer Südausrichtung durchaus ebenbürtig. Vor allem in den Wintermonaten kann die Fassade punkten: Zum einen aufgrund der im Tagesverlauf tiefer stehenden Sonne, die länger die Fassade als die Dachfläche anscheint, zum anderen weil die vertikal angebrachten Module nicht vom Schnee verdeckt werden und somit den ganzen Tag Energie liefern.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHMiniatur-Steckverbinder im Hintergrund
Schneider platzierte die PV-Flächen nicht nur in der gesamten Dachhaut, sondern nutzte die ästhetischen Glas-Glas-Module auch als Verschattungselemente über den Fenstern der Süd-West-Fassade. Als besonderes Highlight forscht die Architektin an sogenannten solaren Fensterläden, die auch beim Schnitterhaus zum Einsatz kommen. Sie können bei Bedarf - immer parallel zum Fenster - vor dieses gezogen werden. Somit sorgen sie auch für Verschattung und Sichtschutz. "Die architektonische Herausforderung beim Schnitterhaus lag zweifellos darin, den Bewegungsmechanismus der Fensterläden und gleichzeitig den sicheren elektrischen Anschluss der Module optimal umzusetzen", resümiert Schneider. Die PV-Spezialistin entschied sich dafür, die Zuleitungen durch die Profile der Mechanik zu führen. "Da es an diesen neuralgischen Punkten durch die ständige Bewegung im Laufe der langen Lebensdauer der Solarmodule von über 30 Jahren durchaus zu Beeinträchtigungen an der Leitung kommen kann, wollte ich an beiden Enden Steckverbinder positionieren. So sind die Module einfach zu warten, und im Fehlerfall kann die Zuleitung problemlos ausgetauscht werden. Und bei der ganzen Technik sollte das visuelle Erscheinungsbild des Gebäudes nicht beeinträchtigt werden."
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbHAnforderung an die Komponenten
Denn was auf der Freifläche oder hoch auf dem Dach noch nebensächlich ist, gewinnt an Bedeutung, je mehr es in den Sichtbereich rückt: Die Ästhetik. Die Module müssen nicht nur ansprechend aussehen, ihre Anschlusstechnik soll auch im Hintergrund bleiben. Schneider entschied sich hier für die Steckverbinder "Sunclix mini" von Phoenix Contact, die mit ihrer schmalen Bauform speziell für die BIPV entwickelt wurden. Auf diese Weise bleibt die Anschlusstechnik dezent im Hintergrund. Die monokristallinen Glas-Glas-Module der acht solaren Fensterläden bringen es kumuliert auf eine Leistung von 1.160W - und fügen sich mit ihrem Holzrahmen gediegen ins Gesamtbild des Gebäudes ein. Dabei fällt die PV im Inneren der Elemente erst bei genauerem Hinsehen auf. Im Ausgangszustand sind die Fensterläden seitlich neben den Fenstern platziert. Um sie als Sichtschutz oder Verschattungselement zu nutzen, werden sie über eine speziell angefertigte Mechanik vor das Fenster geschwenkt und von innen verriegelt. Hierbei kann auch eine sogenannte Lüftungsstellung gewählt werden, bei der die Fensterläden die Fensteröffnung nicht vollständig verschließen, sondern wenige Zentimeter vor der Wand arretiert werden. Dadurch entsteht ein Luftspalt, in dem die Luft durch den Kamineffekt zirkuliert. Dies hat vor allem in der warmen Jahreszeit den positiven Effekt, dass die Fensterläden nicht nur die Sonneneinstrahlung reduzieren, sondern gleichzeitig zur optimalen natürlichen Belüftung beitragen und so einem Hitzestau im Inneren des Gebäudes vorbeugen.
Fazit
Am Schnitterhaus in Nechlin konnte Solarchitektin Astrid Schneider zeigen, wie selbstverständlich Photovoltaik selbst in ein historisches Gebäude integriert wird. Durch die clevere Anschlusstechnik wurde die Installation wartungsfreundlich umgesetzt, ohne dabei den ästhetisch-visuellen Gesamteindruck des Gebäudes zu stören. "Das Projekt Schnitterhaus, bei dem die Erwartungen aller Beteiligten - vom Planer bis zum Mieter - erfüllt wurden, dient mir inzwischen als Referenz für zahlreiche spannende Projekte", berichtet Schneider. "Dank der neuen EU-Gebäuderichtlinie wird sich die BIPV sprunghaft weiterentwickeln."
Phoenix Contact Deutschland GmbH
Dieser Artikel erschien in GEBÄUDEDIGITAL 5 2016 - 06.09.16.Für weitere Artikel besuchen Sie www.gebaeudedigital.de
