Structural Glazing: PV-Fassade ohne mechanische Befestigung

Im Rahmen eines Forschungsprojektes, bei dem die Umsetzung gebäudeintegrierter Photovoltaikanlagen (BiPV) getestet wird, haben das Bauunternehmen Ed. Züblin AG und die Kömmerling Chemische Fabrik zusammengearbeitet. Testobjekt ist das Züblin-Bürogebäude Z3 in Stuttgart.

Der Nachteil bisheriger sogenannter Building Integrated Photovoltaics (BiPV): Die Standardisierung der Elemente macht eine individuelle Fassadengestaltung schwierig. Zudem wirken Rahmen und mechanische Befestigungen herkömmlicher Module optisch störend. Aber es sind auch ästhetisch ansprechende, maßgeschneiderte Lösungen möglich: Am Züblin Gebäude Z3 in Stuttgart konnte 2017 im Rahmen des EU-geförderten Forschungsprojektes Construct PV eine geklebte Photovoltaik-Fassade mit Siebdruckmuster realisiert werden. Dank eines speziellen, lastabtragenden Klebstoffs von Kömmerling fügen sich die Elemente ganz ohne mechanische Zusatzsicherung harmonisch in die Architektur ein.

Ziel des Projekts Construct PV war es, beispielhafte Anwendungen effizienter und kostengünstiger gebäudeintegrierter Photovoltaik für opake Flächen in der Gebäudehülle zu entwickeln. Das niederländische Architekturbüro UNStudio entwarf dazu zunächst eine Musterfassade, mit bereits bestehenden Möglichkeiten der Gebäudeintegration. Eine der gezeigten Fassadentypen stellte die vorgehängte hinterlüftete Fassade dar – wie die des Bürogebäudes Z3 auf dem Züblin-Campus in Stuttgart.

Das Z3 wurde 2012 nach Plänen von MHM architects aus Wien fertiggestellt. Als Niedrigstenergie-Gebäude ist es mit einem DGNB-Zertifikat in Gold ausgezeichnet. Charakteristisch für den Bau sind die vor- und zurückspringenden 18 Meter hohen Lisenen aus brettschichtverleimtem, unbehandeltem Lärchenholz, die zur Verschattung beitragen. Sie stehen im Kontrast zu dazwischen liegenden, dunkel wirkenden Fassadenstreifen, bei denen sich Fenster und graphitgraue Glasbrüstungen abwechseln. Die Brüstungen aus ESG-Scheiben wurden nach dem Structural-Glazing-Prinzip lastabtragend geklebt. Im Rahmen von Construct PV wurden sie auf der Südfassade gegen Glas-Glas-Photovoltaik-Module ausgetauscht – ebenfalls ganz ohne zusätzliche mechanische Befestigung.

Zustimmung im Einzelfall für lastabtragende Verklebung

Ausschlaggebendes Regelwerk für Structural Glazing Fassaden ist die Europäische Technische Zulassung 002 (ETAG 002), sie unterteilt Fassadenkonstruktionen in vier Typen. Lastabtragende Verklebungen ohne jegliche ergänzende Haltevorrichtungen werden in der Leitlinie nach Typ IV geregelt.

In Deutschland sind bisher nur Systeme mit mechanischem Eigengewichtsabtrag nach Typ I und II zugelassen, sodass eine Dauerbeanspruchung der Klebefuge grundsätzlich nicht zulässig ist. Für die Umsetzung der rein verklebten PV-Module am fünfgeschossigen Z3 musste deshalb eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) beantragt werden. Diese wurde durch einen speziellen Klebstoff und einen innovativen Aufbau der PV-Elemente erreicht. So steht die Frontscheibe der Glas-Glas-PV-Module seitlich über. Dieser Stufenaufbau erlaubt die unabhängige Verklebung der Front- und der Rückscheibe auf der Unterkonstruktion, so dass die Lastabtragung aufgeteilt wird.

Den passenden Klebstoff lieferte Kömmerling. Der Spezialist für qualitativ hochwertige Kleb- und Dichtstoffe unterstützte zudem den Genehmigungsprozess durch rechnerischen Nachweis der notwendigen Klebefugen-Dimensionierung zwischen PV-Modul und Unterkonstruktion.

Für die neue Photovoltaik-Fassade des Z3 kam das 2-K Structural Glazing Silikon Ködiglaze S zum Einsatz. Structural Glazing – strukturelle Verklebung – bezeichnet die Glasmontagetechnik wie sie beim Züblin-Bürogebäude umgesetzt wurde. Statische und dynamische Lasten auf der Außenfassade wie zum Beispiel Eigengewicht, Wind- und Schneelasten sowie thermische Ausdehnung werden dabei über die strukturelle Verklebung auf die Unterkonstruktion übertragen. Kömmerling Structural Glazing Silikone zeichnen eine hohe mechanische Festigkeit bei gleichzeitig hoher Elastizität aus. Zudem sind sie sehr ergiebig. Für die gesamte etwa 240m²  große Fassadenfläche des Züblin-Bürogebäudes wurden nur 250 Kilogramm benötigt.

Höherer PV-Energieertrag dank Dreiteilung

Doch nicht nur bei der Befestigung ging das Projekt neue Wege, auch das Innenleben der Photovoltaik-Module birgt technische Innovationen. Da die vorspringenden Holzlisenen die Module teilweise verschatten, wurde jedes Element elektrisch dreigeteilt und die jeweiligen Zellen entsprechend ihrer Position mit anderen Modulen zusammengeschaltet. So wird selbst dann Energie erzeugt, wenn nur ein Teil eines Paneels von der Sonne beschienen wird.

Die Wasserdampfsperre für die vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und Meyer Burger entwickelten PV-Elemente lieferte ebenfalls Kömmerling: Das Butyltape HelioSeal PVS 101 schützt den Modulzwischenraum vor eindringender Feuchte und stellt somit die Langzeitstabilität der PV-Paneele sicher.

Insgesamt wurden an der Südfassade des Züblin-Bürogebäudes 186 Photovoltaik-Module in sechs verschiedenen Größen installiert. Die Fläche kommt auf eine Gesamtleistung von 30 kWp und soll einen elektrischen Ertrag von 17.000 kWh/Jahr liefern. Die gewonnene Energie wird in das Z3-Gebäude eingespeist.