Fassaden und Dächer unter Strom PV-Module werden Bestandteil des Gebäudes

Es gibt sie auf dem Dach des Berliner Hauptbahnhofs und auf dem Paul-Löbe-Haus der Bundestagsverwaltung; außerdem werden sie auf dem Dach des 2010 eingeweihten Museums für Klimaforschung in Bremerhaven eingesetzt und auf dem Hochhaus der französischen Telefongesellschaft Bouygues in Paris: Photovoltaikanlagen, die fester Bestandteil des Daches oder der Fassade sind, kurz integrierte PV-Anlagen genannt.

Die Bahnsteigüberdachungen des Berliner Hauptbahnhofs bestehen aus Glas und fest eingegossenen PV-Zellen für die Stromproduktion, sogenannten integrierten PV-Zellen. Bild: Bundesverband Solarwirtschaft

Das integrierte Solardach: 22 Photovoltaikmodule plus 4 Thermie- kollektoren prägen die Gebäudehülle auf der „Sonnenseite“ dieses Hauses. Optisch ansprechend ist die flächenbündige Integration der Module wie auch des zweigeteilten Wohndachfensters in die Dachkonstruktion. Die Rahmung aus Titanzink sorgt für einen elegant-edlen Abschluss an Traufkante, First und Ortgängen. Bild: Schüco

Positiver Markttrend in Sicht!?

Rund 20 Jahre ist die Technik inzwischen auf dem Markt. Bislang führte sie ein Nischendasein. Wie groß der Marktanteil ist, vermag niemand so genau zu sagen. Er wird bislang nicht erhoben, heißt es beim Bundesverband Solarwirtschaft in Berlin. Das spricht für sich.

Einer Berechnung des Bundesverbandes Bausysteme zufolge betrug der Anteil der integrierten PV an den in 2009 installierten Anlagen in Deutschland gerade mal 2 %. Eine Studie im Auftrag der EU-Kommission kommt sogar zu einem noch niedrigeren Wert: demnach beträgt der Anteil nur rund 1 %. In Frankreich dagegen liegt der Anteil im gleichen Zeitraum bei fast 60 %, in Italien 30 %.
Ab dem Jahreswechsel 2011/2012 könnte auch auf dem deutschen Markt wieder mehr Dynamik entstehen. Der Branchenverband hat der Bundesregierung vorgeschlagen, mit der Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes zum 1. Januar für integrierte PV-Anlagen eine gesonderte Einspeisevergütung festzuschreiben. Sie könnte im Vergleich zu herkömmlichen Aufdachanlagen 10 % höher sein als normal, sagt Willi Ernst von Centrosolar, einem der Verbandsmitglieder.

In Warmfassaden eröffnet das Fenster- und Fassadenmodul „ProSol TF“ (Schüco) besondere Gestaltungsspielräume. Es kann überall in einer Warmfassade eingesetzt werden: als semitransparente Isolierglas- ausführung in Fenstern und Fassadenbereichen mit Außenbezug und als opake Verglasung im Bereich der Brüstung. Bild: Schüco

Indachanlagen werden direkt auf die Konterlattung montiert. Hier eine Anlage in Niederzissen in der Eifel. Bild: Centrosolar

Bislang gibt es vor allem zwei Verkaufs­argumente: Optisch fügen sich die Anlagen zumeist deutlich besser in die Dach- oder Fassadenfläche ein als Aufdach- oder Auffassadenanlagen. „Die ästhetische Integration von Solarelementen in das Dach bzw. der Ausbau zu einem vollständigen Dach sprechen für eine integrierte Anlage”, sagt Ulrike Krüger von Schüco in Bielefeld. Das Unternehmen hat vor elf Jahren seine erste integrierte PV-Anlage ausgeliefert, die aus gerade mal zwei Modulen bestand.

Zudem übernehmen die integrierten PV-Elemente die Funktionen eines Daches, die herkömmliche Eindeckung mit Dachsteinen oder Ziegeln entfällt. Entsprechend reduzieren sich die Kosten bei Neu- oder Umbau eines Gebäudes. In der Regel müssen die Kosten für eine PV-Anlage bislang zu den Kosten für die Dacheindeckung hinzugerechnet werden. Darüber hinaus sei die statische Belastung der kompletten Dachkonstruktion ohne die schweren Dachsteine oder Ziegel geringer, sagt Krüger.

Der Bundesverband Bausysteme hat errechnet, dass der deutsche Markt noch erhebliches Wachstumspotenzial hat. Demnach sind bundesweit 3000 km2 Dach- und Fassadenflächen für den Einsatz von integrierter PV geeignet. Das Investitionsvolumen beträgt 1250 Mio. Euro. Gleichzeitig kommt es zu zusätzlichen Investitionen für die Baubranche in Höhe von 310 Mio. Euro, heißt es in einem Positionspapier des Verbandes.

Handwerkertipps zur Indachmontage

• Ausreichende Hinterlüftung der Module sicherstellen. Wärmestaus, verbunden mit unnötig höheren Temperaturen, führen wegen des negativen Leistungskoeffizienten der Solarmodule zu Minderleistungen der Solarmodule und damit zu Mindererträgen.
• Einige Hersteller schreiben für Indachmontage eine gewisse Mindestneigung vor, z. B. Dachneigung größer 27°. Wenn die Dachneigung flacher ist, empfiehlt sich eine Aufdachmontage der Solarmodule.
• Indachmontagesysteme sind oft nur für die Modulmontage im Hochformat lieferbar.
• Bei besonders hochwertigen Dächern, z. B. glasierte/farbige Ziegel, sollte nach Möglichkeit eine gleichfarbige Einblechung eingesetzt werden.
• Indachsysteme sollten sich in den äußeren Abmessungen einem vorhandenen Dachraster mit Dachflächenfenstern, Gauben oder solarthermische Kollektoren ästhetisch anpassen.
• Speziell bei der Indachmontage empfiehlt sich die Gewerkekooperation mit einem erfahrenen Dachdecker, damit die Funktion des Daches als oberer Gebäudeabschluss nicht unnötig beeinträchtigt wird.

Tests simulieren Realität

Nach rund zwei Jahrzehnten am Markt ist die Technik inzwischen aus den Kinderkrankheiten herausgewachsen. Experten sind sich sicher, dass die Technologie eine Zukunft hat. „Die Technik ist ausgereift“, sagt Susanne Rexroth, Diplomingenieurin und Dozentin an der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin. „In den letzten Jahren ist zudem viel passiert und verbessert worden, z. B. bei der Verkabelung, bei den Zusatzbauteilen und der Anbindung an die übrige Gebäudehülle.“

Ähnlich bewertet das Berliner Photovoltaikinstitut (PI) die Technik. Das PI prüft und zertifiziert unter anderem im Auftrag des TÜVs PV-Module auf ihre Betriebssicherheit. Gebäudeintegrierte PV-Module müssen im Gegensatz zu frei aufgeständerten Modulen erhöhte Qualitäts- und Sicherheitskriterien erfüllen, da sie im Falle eines Falles nur schwer ausgetauscht werden können.

Zudem müssen die baurechtlichen Vorgaben beachtet werden, z. B. für eine Überkopfverglasung. Empfehlenswert sind daher im Rahmen der Modulproduktentwicklung ausgiebige Stresstests, sagt Stefan Wendlandt vom PI. „Grundsätzlich sollte die Photovoltaik nicht als zusätzlicher, sondern als standardisierter Baustein betrachtet werden. Eine solche Machbarkeit wird heute schon bei verschiedenen gebäudeintegrierten Projekten eindrucksvoll gezeigt.”

So sehen zeitgemäße Dachflächen heute aus: Jeder Quadratmeter wird für die Energieerzeugung genutzt. Bild: Centrosolar

Das Angebot ist vielfältig

Im Objektbereich sind integrierte PV-Anlagen für Dach oder Fassade zumeist Sonderanfertigungen mit entsprechender Lieferzeit. Im Privatkundenbereich haben vieler Hersteller Standardmodule entwickelt und als Lagerware ins Programm genommen.

Das Angebot lässt sich in zwei Modularten unterteilen: Die meisten Hersteller fertigen integrierte Module aus mono- oder polykristallinem Silicium. Dabei handelt es sich oft um Modelle für die Aufdachmontage, die mit dem entsprechenden Zubehör auch für den Indachbereich eingesetzt werden können. Einige Anbieter haben spezielle Indachmodule entwickelt, meist auf Basis der Dünnschichttechnologie (CIS). „Der prozentuale Anteil dieser Variante ist im Vorjahr ganz eindeutig gestiegen“, sagt Claudia Brusdeylins vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung in Stuttgart.

Das Energiedach von Solarworld. Es kann als Komplettdach oder Indachlösung mit Eindeckrahmen eingebaut werden. Das System ist belastbar bis zu einer Last von 2,4 kN/m2. Bild: Solarworld

Allerdings sind CIS-Module bislang noch deutlich teurer als herkömmliche mono- oder polykristalline Module. Zudem gab es in der Vergangenheit immer wieder Lieferprobleme bei CIS-Modulen, sagt Willi Ernst von Centrosolar aus Paderborn. Die Firma setzt die Technologie daher nur noch selten ein. Im Geschäftsjahr 2009/2010 betrug der Anteil der Indachanlagen am Gesamtgeschäft rund ein Drittel, sagt Ernst. „Unsere integrierten PV-Module bestehen aus einem mono- oder polykristallinen Standardmodul, das für die Indachmontage mit einem speziellen Montagerahmen ausgeliefert wird. Das ist übliche Praxis und hat vor allem Kostengründe. Der Rahmen ist profiliert wie ein Frankfurter Dachziegel.”

Für die Montage ist kein Sonderwerkzeug nötig, allerdings empfiehlt Centrosolar, dass Monteure vor der ersten Montage eine entsprechende Schulung machen. Der Mehraufwand für die Montage einer Indachanlage im Vergleich zu einer Aufdachanlage beträgt für einen geübten Handwerker nicht mehr als 10 %, sagt Ernst. Die Montage muss sehr sorgfältig sein, damit kein Regenwasser ins Dach eindringen kann. „Nach Möglichkeit sollte ein Monteur die Anlage immer von rechts unten beginnen, damit die übrigen Module gerade ausgerichtet werden können.“

Schüco und der Bonner Hersteller Solarworld haben ebenfalls vor allem Standardmodule im Programm, die mit einem speziellen Rahmen für Indach- oder Infassadenanlagen ausgeliefert werden. Solarworld hat die Aluprofile der Unterkonstruktion so konzipiert, dass sie auch Regenwasser ableiten können. Sie fungieren als wasserführende Ebene für eventuelles Tropfwasser bei starkem Regen und hohen Windbelastungen.

Installation einer PV-Anlage auf dem Vermessungsamt im bayerischen Memmingen. Die Module werden direkt auf die Konterlattung geschraubt. Indachmodule ersetzen die altbekannten Dachbaustoffe und übernehmen eine Doppelfunktion: Erzeugung von Solarstrom und sichere Dachhülle. Bild: Schott

Abgedichtet werden die Übergänge zwischen den einzelnen Modulelementen mit Gummibändern aus sogenanntem EPDM. Dieses Material ist laut Solarworld eine Entwicklung der Automobilindustrie, die unter anderem auch Gartenteiche jahrzehntelang dicht hält. „Durch weitere Eigenschaften wie Ozon- und Temperaturbeständigkeit sind sie die optimale Lösung zur wetterresistenten Abdichtung und Befestigung“, sagt Anne Schneider von Solarworld.

Schüco hat zusätzlich einen Rahmen entwickelt, mit dem Hybridanlagen, bestehend aus PV-Modulen und Thermiekollektoren, als Indachanlagen installiert werden können. „Das Montagesystem ‚MSE 500 Indach‘ lässt sich durch horizontale und vertikale Erweiterungen bis zu einer Ganzdachlösung ausbauen“, sagt Ulrike Krüger. Die Solarelemente können senkrecht oder waagerecht montiert werden und sind für Dachneigungen ab 15° ausgelegt.

Wichtig ist die Wärmeabfuhr

Eine häufig geäußerte Kritik an integrierten PV-Anlagen betrifft wärme- oder hitzebedingte Ertragseinbußen. Wenn die Module im Sommer wochenlang intensiver Sonnenstrahlen ausgesetzt sind, entsteht unter Umständen auf der Modulrückseite ein Hitzestau. In der Folge sinkt der Ertrag des Moduls.

„Hinterlüftung ist wichtig“, sagt Willi Ernst von Centrosolar. Zum Lieferumfang gehören daher Lufteintrittsgitter. Der Luftaustritt wird in der Regel bauseitig erstellt und erfolgt zum Beispiel über den First. „So entsteht per Autokonvektion ein Sog und die Anlagen machen mindestens gleich gute Erträge wie dachparallel gebaute.” Susanne Rexroth ergänzt mit Blick auf Fassaden: „Hier lässt sich das Problem einer hitzebedingten Ertragsreduzierung lösen, indem man sogenannte vorgehängte, hinterlüftete Fassaden plant bzw. baut.”

Ebenfalls eingeplant werden sollten die Ertragseinbußen in Abhängigkeit von Neigungswinkel und Ausrichtung eines Daches oder einer Fassade. Nach Rexroths Berechnungen beträgt die Sonneneinstrahlung an einer senkrechten Fassade bei Südausrichtung im Idealfall 70 %, bei südwestlicher oder südöstlicher Ausrichtung sind es 65 %; im schlechtesten Fall, bei Ausrichtung nach Osten, reduziert sich die Einstrahlung um die Hälfte. Zum Vergleich: Eine Dachfläche mit einem Neigungswinkel von 30° kommt bei diesen Ausrichtungsvarianten auf 100, 95 und 90 %.

Herstellerübersicht dachintegrierter PV-Module

Centrosolar AGPaderborn Tel.: 05251 50050-0 www.centrosolaramerica.comertex solartechnik GmbH Amstetten (Österreich)Tel.: 0043 7472 28260www.ertex-solar.atFATH Solar GmbH SpaltTel.: 09175 7909-140www.ips-sol.de

SCHOTT Solar AG
Mainz
Tel.: 06131 66-14099
www.schott.com

Schüco International KG
Bielefeld
Tel.: 0521 783-0
www.schueco.de

SolarWorld AG
Bonn
Tel.: 0228 55920-0
www.solarworld.de

SOLON SE
Berlin
Tel.: 030 81879-0
www.solon.com

Sulfurcell Solartechnik GmbH
Berlin
Tel.: 030 467777-0
www.sulfurcell.de