Wie sich eine Photovoltaik-Fassade auch im Eigenheim rechnet
Gebäudeintegrierte Photovoltaik findet sich derzeit vor allem in großen Bürogebäude. Sie bringen eine ausreichend große Fassadenfläche mit. Außerdem wird in diesem Segment ohnehin eher im gehobenen Preisniveau gebaut. Der private Bauherr eines Eigenheims ist hier vorsichtiger. Wenn er mit Photovoltaik plant, dann kommt sie meist aufs Dach.
Dabei hat die Nutzung der Fassade gerade bei Einfamilienhäusern einen riesigen Vorteil: Es gibt kein Vertriebsproblem für den Strom. Der Erbauer eines Büroturms muss den an der Fassade produzierten Strom auch möglichst im Gebäude nutzen – eine Einspeisung ins Netz ist in der Regel kaum wirtschaftlich. Zudem sind in diesem Bereich die Investoren schwer zu überzeugen. Sie haben kaum ein Interesse daran, die Energiekosten der Mieter oder späteren Eigentümer niedrig zu halten. Hier spielen andere Motive eine Rolle für die Installation einer Fassadenanlage.
Das sieht im Einfamilienhaus ganz anders aus. Der Solarstrom kann recht unbürokratisch im Gebäude verbraucht werden. Zudem haben die Bewohner sehr wohl ein immenses Interesse daran, die Energiekosten so weit wie möglich zu senken.
Das hat sich auch der Bauherr eines Einfamilienhauses im schweizerischen Würenlos, Kanton Aargau, gedacht. Kubistisch klare Formen, gepaart mit einer üppigen Umgebung aus Grün, so sieht das Konzept des Gebäudes aus. Es wirkt fast so, als hätte es einen Nadelstreifenanzug an.
Das kommt nicht von ungefähr. Es sind die Busbars der Solarmodule, die senkrecht an der Fassade installiert sind. Auf der Südseite über der Garage sind vier Module waagerecht angebracht, was aber den optischen Gesamteindruck nicht stört. Mehr ist von der Technologie nicht zu sehen. Denn die monokristallinen Solarzellen verschwinden optisch in der schwarzen Folie, die zwischen ihnen und dem Rückglas liegt. „Wir haben lange nach den richtigen Modulen gesucht, die sowohl zur Optik des Gebäudes als auch zu unseren Preisvorstellungen passten”, erklärt Matthias Oldani, Architekt des Gebäudes. „Wir wurden dann in Österreich bei PVP fündig.”
PVP kann die Module farblich und im Format abstimmen
Der Modulhersteller aus Wies in der Steiermark hat ein spezielles Modul für die Fassadenintegration im Portfolio. Zwar kann PVP die Module farblich auf die Vorstellungen der Architekten genau abstimmen, und auch die Anpassung an die Form des Gebäudes ist mit Modulen mit besonderen Geometrien und Größen möglich. Doch da die Formen des Gebäudes ohnehin geradlinig sind, mussten keine Sondergrößen integriert werden. „Wir haben uns für die Fassadenmodule von PVP in Standardgröße entschieden”, sagt Oldani. „Nicht nur Abmessungen des 60-Zellen-Moduls passen gut in diese Fassade. Auch der Aufbau als rahmenloses Glas-Glas-Modul ist perfekt für die Fassadenintegration.”
Der Architekt verweist auf den etwas breiteren Abstand der Solarzellen vom Rand der Module und auf die feinen Abschlussbleche. Das sorgt dafür, dass die Verschattung der Zellen auch bei ungünstiger Installation zum Einstrahlungswinkel der Sonne so gering wie möglich bleibt. Doch auch der Architekt musste seinen Entwurf auf die möglichst geringe Verschattung hin auslegen. „Deshalb haben wir darauf geachtet, dass wir keine Vorsprünge an den Fenstersimsen oder Brüstungen haben”, erinnert sich Oldani. „Die Fenstervorsprünge und Brüstungsabdeckungen aus eloxiertem Aluminium sind deshalb so klein wie möglich gehalten.”
Die Module sind billiger als die Platten aus Eternit
Zudem musste der Architekt aus Tägerig, nur sechs Kilometer südöstlich von Würenlos, auch die Kosten im Auge behalten. Deshalb fiel die Wahl auf das Modul in Originalfarbe. Ein Druck hätte zusätzlich Geld gekostet. „Es wäre schön gewesen, wenn wir farbige Module hätten nehmen und diese so in der Fassade verschwinden lassen können”, sagt Matthias Oldani. „Das ist zwar optisch schön, aber man muss meiner Meinung nach auch den geringeren Ertrag im Blick behalten, den ein farbiges Modul hat.” Denn die Farbe, in der das Modul erscheint, ist immer ein Teil des Sonnenlichts, das reflektiert wird und nicht für die Produktion von Strom verwendet werden kann.
Die tiefschwarzen Module hingegen, für die sich Matthias Oldani entschieden hat, ziehen das Sonnenlicht regelrecht an. Kaum ein Strahl wird reflektiert. Dafür sorgt auch das Deckglas, mit dem PVP seine Fassadenmodule bestückt. Es ist ein Spezialglas, das unter dem Namen Albarino auf dem Markt ist. Dabei handelt es sich um ein Gussglas, das sehr wenig Eisenoxid enthält und deshalb extrem lichtdurchlässig ist. Es verschluckt die Sonnenstrahlen und lässt sie nur zu den darunterliegenden Solarzellen durch. Das hat – neben dem höheren Ertrag – den Vorteil, dass benachbarte Grundstücke von den Modulen nicht geblendet werden, wenn die Sonne in einem ungünstigen Winkel auf die Oberfläche trifft. Das ist vor allem bei Fassadenanlagen besonders wichtig.
„Die Module sind vom Einkaufspreis her sogar billiger als die Fassadenplatten von Eternit, die zwischen den einzelnen Modulreihen die Außenhaut des Gebäudes bilden”, sagt Matthias Oldani. Die Eternitplatten lockern das Schwarz der Fassade durch die Module auf, sodass die Außenhaut des Gebäudes optisch nicht zu schwer und klobig wirkt. Deshalb hat sich Matthias Oldani auch für ein helleres Anthrazit als Farbe für die Eternitplatten entschieden.
Die Module wurden wie die Eternitplatten geklebt
Zum Preis der Module kommt aber noch der Installationsaufwand. Die Vorgabe: Niemand soll von außen sehen, wo und wie die Module und die Eternitplatten an den Untergrund der verschiedenen Teile der Fassade angebunden sind. Es sollen keine Halter oder Klemmen erkennbar sein. „Zusammen mit dem Fassadenbauer Salm aus Schinznach-Dorf haben wir nach einer Montagekonstruktion gesucht”, erinnert sich Matthias Oldani. „Leider gab es kein optisch perfektes Produkt oder die Preise der Konstruktionen lagen jenseits unserer Vorstellungen.”
Die Fassadenbauer von Salm haben dennoch eine Lösung gefunden. Sie haben zusammen mit dem Architekten und dem Bauherrn entschieden, die Module wie auch die restlichen Eternitplatten direkt auf die thermisch getrennte Unterkonstruktion aus Aluminium zu kleben. „Das ist eine gängige Art der Installation und wird mit Eternit- oder Natursteinplatten sehr oft gemacht, wenn die Anbindung unsichtbar bleiben soll”, betont Matthias Oldani. „Diese Montage ist sehr einfach. Da die Photovoltaikmodule und die Eternitplatten gleich dick sind, gelingt die Integration perfekt.”
Um die Module und die Fassadenplatten zu installieren, nehmen die Fassadenbauer einen speziellen Kleber, der eigens dafür entwickelt wurde und bauaufsichtlich zugelassen ist. Da dies für die Module von PVP Photovoltaik ebenfalls gilt, standen keine zusätzlichen administrativen Hürden im Weg.
Durch die gewählte Art der Anbindung entsteht kein zusätzlicher Bauaufwand, um die Module statt eines anderen Fassadenmaterials zu installieren. Ein Mehraufwand hingegen entsteht bei der elektrischen Verschaltung der Module. Das Gebäude besteht im oberen Stockwerk aus einer umlaufenden Terrasse. Dort sind die Solarmodule aufgeklebt, sodass die Verkabelung im Innenraum der Brüstung verlegt werden konnte. Das untere Stockwerk besteht zum Teil aus kurzen Laubengängen an beiden Ecken der Vorderfront. Hier konnten die Handwerker die Verkabelung ebenfalls in den Brüstungen verlegen.
Dazwischen liegt der Bereich der Kaltfassade des unteren Stockwerks, der zur Hälfte aus Fenstern besteht. Zwischen den beiden Fensterfronten sind die anthrazitfarbenen Eternitplatten montiert. Unter den Fenstern und den Fassadenplatten sind die Solarmodule angeklebt. In diesem Bereich wurde die gesamte Verkabelung in den Nischen der Rollläden und Lamellenvorhänge verlegt.
Insgesamt ist die gesamte Anlage auf vier Strings verteilt. Die Umwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom übernehmen zwei Symo-Wechselrichter von Fronius, die zu den Mehrkosten der Anlage im Vergleich zu einfachen Eternitplatten noch dazukommen. Doch diese Eternitplatten produzieren keinen Strom, der als Mehrwert einer Solarfassade angerechnet werden muss – zumal wenn der Strom einfach direkt im Gebäude verbraucht werden kann.
So sind drei Fassaden mit Modulen bestückt, die insgesamt sechs Kilowatt leisten. Auf dem Dach stehen noch weitere sechs Kilowatt Photovoltaikleistung, flach in Ost-West-Richtung aufgeständert. Die Gebäudehülle erzeugt insgesamt etwa 18.400 Kilowattstunden pro Jahr.
Im Winter steht die Sonne besonders günstig
Davon werden im Gebäude immerhin 6.000 Kilowattstunden verbraucht. Nicht nur für den Betrieb von elektrischen Geräten im Gebäude, sondern auch zum Heizen. Denn das Haus verfügt über eine Geothermieanlage. Sie nutzt als Wärmequelle eine Erdsonde, die sich den Vorlauf mit einer Temperatur von etwa zehn Grad Celsius aus 270 Metern Tiefe zieht. Dadurch ist der Wärmehub, den die Anlage überwinden muss, nicht so groß und die Wärmepumpe braucht nicht so viel Strom. Der kommt aus der Gebäudehülle.
Die Anlagen decken einen großen Teil des Energiebedarfs von 8.840 Kilowattstunden pro Jahr. Rein rechnerisch ist das Gebäude schon autark. Der Überschuss, der nicht zur Deckung des Energiebedarfs im Gebäude gebraucht wird, reicht aus, um sieben Elektroautos mit einer jährlichen Laufleistung von 12.000 Kilometern komplett zu betanken.
Dabei haben die Fassadenanlagen noch einen weiteren Vorteil. Gerade im Winter, wenn der Wärmebedarf besonders groß ist, steht die Sonne in einem besseren Winkel zu den Modulen an der Fassade, sodass dann üppig Strom produziert wird. Aber auch über den Tagesverlauf im Sommer ist die Stromproduktion relativ flach, sodass über den Tag hinweg genügend Strom erzeugt wird, ohne dass es zu den Mittagsspitzen kommt, die für nach Süden ausgerichtete Anlagen typisch sind. Dadurch steigt die Möglichkeit für den Eigenverbrauch des Stroms.
Die Strings so lange wie möglich ausgelegt
Die gesamten Module der Südfassade – sowohl im Erdgeschoss als auch im Obergeschoss – wurden zu einem String zusammengefasst und auf einen MPP-Tracker gelegt. Auf diesen Wechselrichter haben die Installateure auch noch die Module auf dem Dach geschaltet.
Die beiden MPP-Tracker des zweiten Wechselrichters wurden mit jeweils einem String belegt, der aus den Modulen auf der West- und aus den Modulen auf der Ostseite des Gebäudes besteht. „Wir haben die Strings so lang wie möglich ausgelegt, um eine hohe Spannung und damit eine hohe Effizienz des Systems zu erreichen“, sagt Matthias Oldani. „Um die Anlage so einfach wie möglich zu halten, haben wir auf Leistungsoptimierer und Modulwechselrichter verzichtet.“
Damit umgehen Architekt und Fassadenbauer das Problem ausfallender Leistungselektronik am Modul. Denn das System muss so robust wie möglich gehalten werden. Schließlich ist die Wartung eine ganz eigene Herausforderung. Die Verkabelung ist so verlegt, das ein Handwerker gut an die Steckverbindungen herankommt.
Jedes Modul kann einzeln gemessen werden
So kann er jedes Modul einzeln vermessen. Doch sollte die Elektronik am Modul tatsächlich mal ausfallen, muss das Paneel getauscht oder überbrückt werden. Da es festklebt, ist ein Tausch nur möglich, indem das Modul zerstört wird. Danach werden die Kleberreste vom Aluminiumträger entfernt und ein neues Modul wird angeklebt.
Durch die Verwendung von Modulen in Standardgröße ist die Beschaffung von Ersatzmodulen nicht schwieriger als bei einem Aufdachgenerator. Aber es wächst das Risiko, dass ein Modul getauscht werden muss – aufgrund der Elektronik, die fest mit dem Modul verbunden ist.
Wenn das Modul kaputt ist, lohnt sich eine Reparatur bei den niedrigen Preisen meist ohnehin nicht mehr. Zudem ist es eine Möglichkeit, einfach und vor allem preiswert Solarfassaden an Einfamilienhäusern zu errichten, die zudem auch noch optisch ein gutes Gesamtbild ergeben.
