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Integration von Photovoltaik in eine Fassade

Welche Vorteile bietet eine Fassade mit Photovoltaik? Welche Gestaltungsmöglichkeiten gibt es? Mit welchen Stromerträgen und Kosten muss bei einer Photovoltaik-Fassade gerechnet werden?

Der technologische Fortschritt im Modulbereich eröffnet auch immer neue Möglichkeiten, Solaranlagen in Gebäude zu integrieren und so weitere Gebäudeflächen und Bauteile zur Solarstromerzeugung zu nutzen. Im Bereich der gebäudeintegrierten Photovoltaik, kurz BIPV (Building-Integrated Photovoltaics), gewinnt insbesondere die Photovoltaik-Fassade an Bedeutung, denn sie ermöglicht neue Gestaltungsansätze und auch umfassendere Energiekonzepte. Hier erfahren Sie, wie sie konstruiert wird, welche Module zum Einsatz kommen und wie die Photovoltaik-Fassade in der Praxis umgesetzt werden kann.

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Gestaltungsmöglichkeiten von Fassaden mit Photovoltaik

Bislang wurde die Photovoltaik im Gebäudebereich vor allem durch Auf-Dach-Anlagen genutzt. Dabei kamen hauptsächlich kristalline Solarmodule zum Einsatz, da sie über einen höheren Wirkungsgrad als Dünnschichtmodule verfügen. Diese erfüllten zwar ihren Zweck, boten jedoch optisch und architektonisch wenig Spielraum für eine ansprechende Integration in die Architektur des Gebäudes.

Auch hinsichtlich ihrer Farbgebung gab es nur wenig Gestaltungsspielraum. Denn kristalline Module prägt eine bläuliche Färbung bei den polykristallinen Modulen und eine ins dunkle bis schwarz gehende Färbung bei den monokristallinen Modulen. Daher kommt in Fassaden häufig auch die Dünnschichttechnik zum Einsatz, da sie über weitere Vorzüge verfügt: Dünnschicht-Module sind optisch attraktiver und bieten aufgrund ihres technischen Aufbaus architektonisch mehr Gestaltungsspielraum.

Zudem kann bei einem Neubau auch die Fassade selbst weitergehend an die Optik der Photovoltaik angepasst werden, indem Glas, Keramik, Putz oder Naturstein verwendet werden. Damit lassen sich die Photovoltaik-Module homogen in Gebäudefassaden integrieren. Funktion und Design lassen sich auf die Weise sehr gut miteinander verbinden. Es muss aber nicht immer die Fassade selbst mit Photovoltaik-Modulen bestückt werden, neuere Entwicklungen ermöglichen es auch, diese in Fenster und Markisen zu integrieren.

Der sanierte „Rhein-Kai-Speicher 7“ in Mannheim produziert mit einer Photovoltaik-Fassade Strom, die die Oberfläche einer vorgehängten hinterlüfteten Fassadenkonstruktion bildet. (Foto: Sto AG)
Der sanierte „Rhein-Kai-Speicher 7“ in Mannheim produziert mit einer Photovoltaik-Fassade Strom, die die Oberfläche einer vorgehängten hinterlüfteten Fassadenkonstruktion bildet. (Foto: Sto AG)

Dünnschicht-Photovoltaik

Die Antec Solar GmbH bietet u.a. die ATF Black Line Module an. Diese Module der Dünnschicht-Photovoltaik sind speziell für die Integration in eine solaraktive Großfassade konzipiert. Das Doppelglas-Modul aus Pyramidenglas ist besonders groß und erzielt durch eine tiefschwarze, samtig-matte und reflexarme Oberfläche eine moderne und ästhetische Fassadenwirkung ohne Spiegelungen und Blendungen. Sie eignen sich daher besonders für den Fassadeneinsatz an z. B. Hochhäusern, Flugzeughallen, Firmengebäuden oder Schallschutzwänden.

Masdar PV bietet u.a. die Modulgruppe „Binaa“ bestehend aus farbigen, transparenten oder Isolierglasmodulen. Diese Dünnschicht-PV-Module sind nach IEC 61646 und EN 61720 für eine bauwerkintegrierte Photovoltaik zertifiziert. Als Aufmaßmodule bieten sie Architekten und Bauträgern vielfältige Gestaltungsoptionen einer Fassade und ersetzen als aktives Bauelement die gestalterischen und funktionalen Eigenschaften "normaler" Fassadenmaterialien.

Die Photovoltaik-Module Antec Solar ATF Black Line sind mit einer tiefschwarzen, samt-matten und reflexarmen Oberfläche u.a. besonders für den Einsatz an Firmenfassaden, Flugzeughallen und Schallschutzwänden geeignet. (Foto: Antec Solar GmbH)
Die Photovoltaik-Module Antec Solar ATF Black Line sind mit einer tiefschwarzen, samt-matten und reflexarmen Oberfläche u.a. besonders für den Einsatz an Firmenfassaden, Flugzeughallen und Schallschutzwänden geeignet. (Foto: Antec Solar GmbH)

Farbige SIS-Solarzellen

Wer eine farbige Fassade mit Photovoltaik gestalten möchte, der kann auch auf bunte, hauchdünne Solarzellen setzen. Diese SIS-Solarzellen (Semiconductor-Insulator-Semiconductor), die eine Kombination von Silizium- und Dünnschichtphotovoltaik darstellen, besitzen eine transparente TCO-Frontschicht (Transparent Conductive Oxid), die sich in verschiedenen Farben und Formen gestaltet lässt.

Die zusätzliche, transparente Schicht hat dabei kaum Einfluss auf den Wirkungsgrad der SIS-Zellen, der mit etwa 20 Prozent angegeben wird. Wie hoch die elektrische Ausbeute in der Praxis ist, hängt jedoch vom gewünschten Design und Farbton der Photovoltaik-Fassadenelemente und der Fassadenausrichtung ab.

Indem man bei SIS-Solarzellen die Dicke der Oxidschicht variiert oder die Brechzahl verändert, lassen sich mit Photovoltaik farbige Designfassaden herstellen. Hier: Fotomontage des Gebäudes des Fraunhofer IAO. (Grafik: Fraunhofer IOF)
Indem man bei SIS-Solarzellen die Dicke der Oxidschicht variiert oder die Brechzahl verändert, lassen sich mit Photovoltaik farbige Designfassaden herstellen. Hier: Fotomontage des Gebäudes des Fraunhofer IAO. (Grafik: Fraunhofer IOF)

Flexible Solarfolien

Die Heliatek GmbH bietet flexible Solarmodule an. Diese Form der organischen Photovoltaik (OPV) basiert auf einer Tandemzellentechnologie, bei der zwei organische Solarzellen übereinandergestapelt arbeiten. Da sie sehr dünn, leicht und biegsam sind, eignen sie sich besonders für die Integration in Fassaden oder Fahrzeuge sowie für mobile Anwendungen.

Auch BELECTRIC bietet Module auf Basis organischer Photovoltaik über die BELECTRIC OPV GmbH an. Die dünnen, folienähnlichen organischen Photovoltaikmodule sind sehr leicht. Speziell im Fassadenbau und Automotivebereich gibt es, durch die hohe Flexibilität und Biegsamkeit des Materials, eine Vielzahl an Einsatzmöglichkeiten, um kostensparsam Energie zu erzeugen.

Die crystalsol GmbH aus Wien stellt ebenfalls flexible Solarfolien zur Integration u.a. in Gebäudefassaden her. Die Kerninnovationen der crystalsols Technologie besteht in einer Lichtabsorbierenden Schicht aus kristallinem Halbleiterpulver, das als Monolage in eine Polymerschicht eingebettet wird. Durch einen Rolle-zu-Rolle Herstellungsprozess werden die Photovoltaikfolien vergleichsweise kostengünstig produziert.

Die organischen Photovoltaik-Zellen von Heliatek eignen sich auch zur semitransparenten Fassadengestaltung. (Foto: Heliatek GmbH)
Die organischen Photovoltaik-Zellen von Heliatek eignen sich auch zur semitransparenten Fassadengestaltung. (Foto: Heliatek GmbH)

Bedruckbare Photovoltaik-Module

Der litauische Modulhersteller SoliTek stellt Fassaden-Solarmodule her, deren Formen, Farben und Größen über eine Planungssoftware vom Architekten individuell bestimmt und direkt an die Produktionslinie übermittelt werden können. In der Herstellung wird dabei zunächst das Front- und Rückglas des Moduls auf die geforderte Größe und Form zugeschnitten und die PVB-Folie aufgelegt. Roboter positionieren die Solarzellen im gewünschten Abstand zueinander auf dem Frontglas, so dass auch semitransparente Module hergestellt werden können. Die unterschiedlichen Farben erreicht SoliTek über farbige Modulgläser. Durch ein Siebdruckverfahren kann auf die gesamte Photovoltaik-Fassade beispielsweise auch ein flächendeckendes Foto aufgebracht werden.

Der Glashersteller Glassbel entwickelt und stellt färbbare und bedruckbare, semitransparente Solargläser für Photovoltaik-Fassaden her. (Foto: Glassbel)
Der Glashersteller Glassbel entwickelt und stellt färbbare und bedruckbare, semitransparente Solargläser für Photovoltaik-Fassaden her. (Foto: Glassbel)

Photovoltaik-Lamellen

Das Kaustiksolar System ermöglicht die Erweiterung eines Glasverbundsystems zu einem multifunktionalen Photovoltaikmodul, das Energieertrag, Sonnen- und Sichtschutz sowie Flexibilität im Design kombiniert. Die Photovoltaikmodule haben einen erhöhten Toleranzwinkel für den eintreffenden Lichtwinkel, wodurch die Photovoltaik-Konzentratoren nicht mehr mechanisch nachgeführt werden müssen, nachdem sie einmal in die Gebäudehülle integriert wurden. Neben den notwendigen technischen Randbedingungen, die ein in z. B. die Fassade integriertes Photovoltaik-Modul erfüllen muss, ist es vor allem das Erscheinungsbild, das einem herkömmlichen Lamellensystem gleicht und auf die gleiche Art in das Gebäude bzw. in Mehrfachglassysteme oder Verschattungssysteme integriert werden kann, so dass die Fassade des Gebäudes nicht verändert wird.

Die PV-Lamellen von Kaustik-Solar wirken als photovoltaisches Konzentratorsystem, das direkt in den Isolationszwischenraum einer Glasfassade oder eines Fensters eingebaut werden kann. (Foto: Kaustik-Solar GmbH)
Die PV-Lamellen von Kaustik-Solar wirken als photovoltaisches Konzentratorsystem, das direkt in den Isolationszwischenraum einer Glasfassade oder eines Fensters eingebaut werden kann. (Foto: Kaustik-Solar GmbH)

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Kombination von Dämmfassade und Photovoltaik

Eine Photovoltaik-Fassade bietet großes Potenzial für die Umsetzung von ganzheitlichen Energiesparkonzepten. Insbesondere durch die Kopplung von Wärmedämmmaßnahmen in Außenwänden und der Verwendung einer Photovoltaik-Fassade kann Strom produziert und zugleich Heizenergie eingespart werden. Damit lassen sich Heiz- und Stromkosten senken.

So verhindert beispielsweise ein mit Mineralwolle gefülltes hinterlüftetes Fassadensystem den Wärmeverlust, wohingegen die oberhalb auf der Fassade befestigte Photovoltaik-Anlage Solarstrom erzeugt. Hierfür bieten Hersteller von Außendämmsystemen wie z. B. die Sto AG aufeinander abgestimmte Photovoltaik-Fassaden-Konzepte an, die eine hohe Wärmedämmung gewährleisten.

Die Sto AG bietet als Systemanbieter Photovoltaik-Paneele an, die sich mit vorgehängten hinterlüfteten Fassadensystemen wie dem StoVentec-System kombinieren lassen. "StoVentec Photovoltaic" eignet sich dabei vor allem für Südseitenfassaden. (Foto: Sto AG)
Die Sto AG bietet als Systemanbieter Photovoltaik-Paneele an, die sich mit vorgehängten hinterlüfteten Fassadensystemen wie dem StoVentec-System kombinieren lassen. "StoVentec Photovoltaic" eignet sich dabei vor allem für Südseitenfassaden. (Foto: Sto AG)

Stromproduktion einer Photovoltaik-Fassade in der Praxis

Wie das funktioniert, zeigt ein Bauprojekt in Bottrop, das vom Wohnungsunternehmen Vivawest umgesetzt wurde. Hier wurde ein aus den 1960er Jahren stammendes Mehrfamilienhaus energetisch saniert, mit modernster Technik versehen und so zum Plusenergiehaus umgebaut.

Sowohl auf dem Dach als auch an der Südfassade wurden Photovoltaik-Module befestigt, die für eine ausreichende Stromversorgung sorgen. Insgesamt wurde eine mehr als 205 Quadratmeter große Fläche mit den 1,2 mal 0,6 Meter großen PV-Dünnschichtmodulen bebaut. Diese wurden teils in die Unterkonstruktion der Giebelfassade eingehängt, teils in Sonderformaten im Gebäude installiert. Sie liefern jährlich rund 4.000 kWh Strom. Zugleich ist eine Wärmedämmschicht in die PV-Fassade eingebaut. Somit liefert die Photovoltaik-Fassade Strom und dämmt zugleich.

Auf dem Dach sind insgesamt 45 monokristalline Photovoltaikmodule installiert. Ihre Leistung beträgt insgesamt 24,30 kWp. Ihr jährlicher Stromertrag liegt bei 18.200 kWh. Der insgesamt durch die PV-Fassadenmodule und die Module auf dem Dach generierte jährliche Stromertrag liegt bei rund 22.200 kWh/a. Der eigene Strombedarf und Endenergieverbrauch für das Gebäude bei 19.600 kWh/a. Übrig bleibt ein Überschuss von rund 2.600 kWh/a, die es in die Verteilernetze einspeisen kann. Eine so in das Gebäude integrierte Photovoltaik-Fassade kann einen jährlichen Stromertrag von 55 bis 80 Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m2a) erzeugen.

1960er-Jahre Wohnhaus wurde durch 170 Photovoltaik-Module an der Fassade und 90 Photovoltaik-Modulen auf dem Dach zu einem Plusenergie-Haus, das pro Jahr mehr als 22.200 kWh Solarstrom produziert. (Foto: Vivawest)
1960er-Jahre Wohnhaus wurde durch 170 Photovoltaik-Module an der Fassade und 90 Photovoltaik-Modulen auf dem Dach zu einem Plusenergie-Haus, das pro Jahr mehr als 22.200 kWh Solarstrom produziert. (Foto: Vivawest)

Kosten für die Integration der Photovoltaik in eine Fassade

Preislich liegt eine Photovoltaik-Fassaden-Lösung bei etwa 400 bis 500 Euro je Quadratmeter je nach eingesetzter Modultechnik und damit noch über den herkömmlichen Modul-Preise. Energie-Experten gehen jedoch davon aus, dass sich die Preise zukünftig durch eine weitere Optimierung der Herstellungsprozesse sowie dem Einsatz neuer Materialien weiter senken lassen. Schon heute sind die Preisunterschiede von gewöhnlichen Baumaterialien mit denen, die über eine integrierte Photovoltaik-Fassade verfügen, bereits geringer geworden.

Den immer noch deutlich höheren Anschaffungskosten muss jedoch auch die Einsparung der Bauteilkosten gegenübergestellt werden, die durch die Photovoltaik-Fassade ersetzt werden. Zudem müssen auch die Stromerträge durch Ersparnisse beim eigenen Stromverbrauch und der Einspeisung in das regionale Stromnetz über die Einspeisevergütung mit in die Kostenbetrachtung einbezogen werden.

Die „Energiefabrik“ ist ein vollständig energieautarker Büro- und Werkstattkomplex in Neuenstadt am Kocher in Baden-Württemberg, der u.a. auch durch eine Photovoltaik-Fassade mit Solarstrom versorgt wird. (Foto: IBC SOLAR AG)
Die „Energiefabrik“ ist ein vollständig energieautarker Büro- und Werkstattkomplex in Neuenstadt am Kocher in Baden-Württemberg, der u.a. auch durch eine Photovoltaik-Fassade mit Solarstrom versorgt wird. (Foto: IBC SOLAR AG)

Fazit: Südfassaden mit Photovoltaik erweitern Gebäudenutzung

Eine Photovoltaik-Fassade bieten neue Einsatzfelder für die Photovoltaik. Sie sorgen für eine ästhetisch ansprechende Architektur, die mit bestehenden Photovoltaik Techniken gekoppelt werden kann. Durch den Einsatz modernster Technik im Energiegebäude-Management und durch moderne Smart Home-Lösungen können die Bedürfnisse der Nutzer optimal befriedigt und zugleich hohe Umweltstandards in der Immobilienbewirtschaftung erfüllt werden.

Mit den rahmenlosen Glas-Glas-Modulen „Saphir-Skin“ lassen sich individuelle Fassaden gestalten. (Foto: SI Module GmbH)
Mit den rahmenlosen Glas-Glas-Modulen „Saphir-Skin“ lassen sich individuelle Fassaden gestalten. (Foto: SI Module GmbH)

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"Photovoltaik-Fassade: Konstruktion und Praxisbeispiele" wurde am 30.05.2017 das letzte Mal aktualisiert.