Sonnenenergie: Photovoltaik effektiv in Gebäudefassaden integrieren
Stand: Februar 2023
Die Fraunhofer-Institute IBP und IEE zeigen: Fassadenmodule mit integrierter Gebäudetechnik können Energie gewinnen und vor Ort nutzen. Forschungsvorhaben der HTWK Leipzig setzen dabei auf innovatives Design.
Anlagentechnik direkt in die Fassade verbauen
Bei dem Forschungsprojekt der Fraunhofer-Institute für Bauphysik IBP und für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE werden Photovoltaikelemente direkt in der Fassade verbaut und können dort erneuerbaren Strom produzieren. Der Vorteil: Die in der Gebäudehülle erzeugte Energie lässt sich direkt vor Ort nutzen. In dem Fassadenmodul ist auch eine Wärmepumpe zum Heizen und Kühlen sowie ein Lüftungsgerät zur Wärmerückgewinnung integriert. Das sorgt für hohen Nutzungskomfort – die Gebäudefassade kann die dahinterliegenden Räume auf diese Weise heizen, kühlen und lüften. Durch den hohen Vorfertigungsgrad der Module ist der Einsatz der Technik in der Breite anwendbar – und sorgt für mehr Kosten- und Terminsicherheit bei der Realisierung. Die Module lassen sich sowohl für den Neubau als auch für Sanierungen von Bestandsgebäuden einsetzen.
Energetische Sanierung senkt Stromverbrauch drastisch
Für eine energieeffiziente Sanierung muss mit dieser Technologie lediglich die Fassade ausgetauscht werden – das senkt die Sanierungskosten. Bisher ist sie für Gebäude, die von 1950 bis 1990 in Skelettbauweise errichtet wurden, optimal anwendbar. Das betrifft vorrangig Büro-, Verwaltungs- und Schulgebäude. Der Aufwand ist gering: Montage und Anschluss eines Fassadenmoduls dauert nur wenige Stunden und der Betrieb im Gebäude kann ungestört weiterlaufen. Das Potenzial ist erheblich: Gut ein Viertel aller Bürogebäude wurden zwischen 1950 und 1990 in Skelettbauweise errichtet. Sie weisen einen jährlichen Verbrauch von rund 3.200 Gigawattstunden auf. Mit einer flächendeckenden Fassadensanierung könnte der Verbrauch laut Fraunhofer-Instituten auf 600 Gigawattstunden gesenkt werden.
Forschungsprojekte entwickeln innovatives Design
Zwei Projekte der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur (HTWK) Leipzig verfolgen einen ähnlichen Ansatz. Ihr Ziel: die Sonnenenergie an Häuserwänden effektiv nutzen. Laut ihren Berechnungen ließen sich hierzulande 6.000 Quadratkilometer Gebäudedächer und doppelt so viel Fassadenfläche für Photovoltaik nutzen. Die konkreten Projekte:
- Das laufende Projekt SOLAR.con integriert Photovoltaik in Betonwaben. Die Grundidee ist einfach: Anstelle einer glatten Betonwand wird eine dreidimensionale Struktur genutzt, damit sich die Photovoltaikmodule optimal zur Sonne ausrichten können. In das Zentrum der sechseckigen Betonmodule wird das Solarmodul eingelassen. Die wabenförmigen Elemente lassen sich um 60 Grad drehen – und verändern je nach Sonnenstand ihre Orientierung.
- Das Mitte 2022 abgeschlossene Projekt SOLAR.shell verfolgt einen anderen Ansatz: Hier werden die Photovoltaikmodule in Aluminium-Verbundelemente eingefügt. Ein Algorithmus berechnet anhand mehrerer Parameter die genaue Beschaffenheit der Fassade. So lässt sich die Größe der Einzelelemente genau bemessen. Der Grund: Gegenüber flächig installierten Modulen kann eine derart ausgerichtete Fassade deutlich mehr Energie pro Quadratmeter Photovoltaikfläche erzielen – der Ertrag konnte um bis zu 55 Prozent gesteigert werden.
