Fassaden mit Photovoltaikmodulen statt Glas, Beton oder Metall zu verkleiden, ist für Architekten und Bauherren noch längst keine Selbstverständlichkeit. Dabei beweisen viele gelungene Beispiele, dass es nicht nur geht, sondern ästhetisch wirkungsvolle Umsetzungen möglich sind, die dem Gebäude einen besonderen Look verleihen.
Eines der Beispiele mit Vorzeigecharakter ist ganz sicher das Gebäude der österreichischen Firma Omicron. Das Unternehmen entwickelt Produkte und Dienstleistungen für die elektrische Energiewirtschaft, unter anderem Prüf- und Diagnosegeräte für Transformatoren, Leistungsschalter, Schutzrelais und Energiezähler. Stefan Kutzer, Facility Manager des Unternehmens, berichtet aus der Planungsphase: „Als es darum ging, am Entwicklungsstandort des Unternehmens in Klaus ein neues Firmengebäude zu errichten, haben wir uns von Anfang an mit der Idee beschäftigt, in der Fassade mit Photovoltaik zu arbeiten. Wir wurden auch immer wieder von Mitarbeitern darauf angesprochen.“
Allerdings war die Integration einer Solarfassade kein zwingendes Muss, sondern wichtiger war die Sinnhaftigkeit und Stimmigkeit des Ganzen. Vor allem sollte die Photovoltaikanlage in das Gesamtkonzept passen.
Omicron selbst hat sich in der Planung intensiv mit Bauökologie und Energieeffizienz auseinandergesetzt. Es wurden viele natürliche und regionale Materialien verwendet, beispielsweise Lehm und Weißtanne. Auf dem Dach und in den Außenanlagen wurde auf eine artenreiche Bepflanzung geachtet, die Gebäudehülle wurde energetisch optimiert ausgeführt.
Hinzu kommt ein hydraulisches System für den Energieaustausch zwischen den verschiedenen Gebäudeteilen. Die Wärme- und Kälteerzeugung erfolgt über Wärmepumpen. 200 Menschen arbeiten in dem Gebäude, auch ein EMV-Labor und ein Hochspannungslabor befinden sich darin.
Auch nachts ein Hingucker
Peter Nußbaumer vom Architektenbüro Dietrich Untertrifaller beschreibt die Intention der Architekten: „Die Hauptansicht des Gebäudes, das Signet zur Umgebung, ist die Südfassade. Die Hauptstraße, aber auch die Bahnlinie führen unmittelbar darauf zu beziehungsweise daran vorbei. Für uns als Architekten war es wichtig, dieser Hauptansicht einen starken Ausdruck zu geben und das Wirkungsgebiet von Omicron – Elektrizität – hier im weitesten Sinn zum Thema zu machen. Durch die Verbindung der Firmenfarben mit der Photovoltaikanlage ist uns das gelungen.“ Einen wesentlichen Anteil daran hatte auch der Licht- und Elektroplaner Andreas Hecht, dessen Planungsbüro bereits seit vielen Jahren mit Omicron zusammenarbeitet.
Er initiierte die fassadenintegrierte Anlage, brachte Architekten, Bauherr und Sunovation zusammen und lieferte die Idee, die Solarfassade nachts punktuell zu beleuchten. „Damit wollten und konnten wir erreichen, dass das Gebäude auch nachts die Firmenfarben von Omicron nach außen trägt“, beschreibt Andreas Hecht sein Anliegen. „Und das gelingt uns mit weniger Energieeinsatz und einem Zehntel der Insektenanlockwirkung üblicher Fassadenbeleuchtungen.“
Umgesetzt wurde schließlich eine multifunktionale Fassade aus 510 Glas-Glas-Modulen und 90 LED-Glas-Elementen an der Südfassade des Gebäudes von der Firma Sunovation aus Aschaffenburg. Sämtliche Elemente sind individuelle, kundenspezifische Anfertigungen, die sich von Geometrie, Größe und Aufbau optimal in den Baukörper einpassen. Besonderes Highlight ist das mittels rückseitig angebrachter LED-Streifen integrierte, eigens programmierte LED-Farbspiel in Firmenfarben.
Dieses setzt die Fassade nachts spektakulär in Szene. Blau, Rot, Gelb – das sind die Firmenfarben von Omicron. In diesen Farben sollte die Fassade gestaltet werden. Die blauen Elemente, die dem Gebäude seine Grundfarbe geben, sind Solarmodule, während die gelben und roten Bestandteile LED-Glas-Elemente sind.
780 Quadratmeter umfasst die stromerzeugende Vorhangfassade insgesamt, 66 Megawattstunden beträgt der prognostizierte Jahresertrag am Standort Klaus, unweit der Rheintalautobahn in Österreich.
Module sind nicht laminiert
Sunovation stellt die farbigen Module in eigener Produktion mit einem originären Herstellungskonzept her. Eingekauft werden Gläser und Zellen. Mit den Glasherstellern wird die Veredelung des Glases und natürlich die Farbgebung abgesprochen. Im Produktionsprozess werden die Zellen verstringt und auf das Rückglas verlegt.
„Allerdings laminieren wir nicht, sondern verfüllen vollflächig zwischen Glas und Zellen ein Silikongel“, erklärt Heribert Ley, Geschäftsführer von Sunovation. In dieser knapp zwei Millimeter dicken Schicht sind die Zellen eingebettet. Im Trocknungsprozess härtet das Silikon aus, ein dauerelastischer Silikonverbund entsteht. „Die Silikonschicht hat nahezu den gleichen Brechungsindex wie Glas und ist zu 100 Prozent transparent“, fügt Ley hinzu. „Gerade für die Anforderungen in der BIPV hat der bei Sunovation verwendete Silikonverbund gegenüber dem üblichen Laminierverfahren eine Reihe nachgewiesener Vorteile“, stellt Ley weiter dar.
Structural Glazing
Für die Solarglaselemente von Sunovation werden leistungsstarke kristalline Solarzellen ausgesuchter Hersteller verwendet, sodass auch in kritischen Einbausituationen, auch bei gefärbten Zellen, immer noch sehr gute Leistungswerte der einzelnen Module erreicht werden.
Die Frage nach der Befestigung der Module führt in die Welt der modernen Fassadengestaltung. Auch bei BIPV-Modulen sind alle Arten der Befestigung wie bei normalen Gläsern möglich. Dies erstreckt sich von ein- bis mehrseitig eingefassten Gläsern über Punktbefestigungen bis hin zum sogenannten Structural Glazing.
Diese Befestigungsart ist eine enorme Erweiterung der architektonischen Gestaltungsmöglichkeiten für Fassaden. Die Glaseinheiten sind nur durch feine Fugen voneinander getrennt. Dem Betrachter bietet sich von außen das Bild einer absolut homogenen, gebäudeumhüllenden Glasfläche. Durch Auswahl und Bearbeitung der Modulgläser ist das fertige Modul einem Fassadenglas gleich, das mit Structural Glazing befestigt werden kann.
Keine sichtbaren Befestigungen
Beim Firmengebäude von Omicron wurde auf das Rückseitenglas ein umlaufendes Profil aufgeklebt, das in eine am Gebäude befestigte Profilschiene eingehängt wurde. Die Verklebung der Schienen an der Rückseite des Glaselementes muss dauerhaft sicher halten und wird von Sunovation ebenfalls in der eigenen Produktion durchgeführt. Jedes Modul wurde dann an vier Punkten in sogenannten Bolzenschlitten in die Unterkonstruktion eingehängt.
Von vorn sieht der Betrachter nur Glas, keine Klemmen oder Rahmen. Da das Glas auch als Verbundglas zugelassen ist, müssen die Module auch untereinander nicht zusätzlich über Klemmen verbunden werden. Die Kabel werden an der Unterkonstruktion mit Kabelbindern und Leerrohren geführt. Die Unterkonstruktion besteht aus rund 1.000 Metern Strangpressprofil mit 1.200 Haltekonsolen, die in der Holzwand verankert wurden.
Eigenverbrauch im Gebäude
Die Abführung des Regenwassers ist eine Frage der Dach- beziehungsweise Traufenkonstruktion. Auf dem Dach des Gebäudes gibt es eine Attika, das Gefälle führt nach innen, das Regenwasser wird über das Dach abgeführt, nicht über die Fassade. Falls bei starkem Schräg-Regen Wasser durch die Zwischenräume zwischen den Modulen dringt, kann es hinter den Modulen ablaufen. Der Abstand zwischen Modul und Wand beträgt mehrere Zentimeter, sodass auch für ausreichend Hinterlüftung gesorgt ist.
Seit September 2015 ist die Solarfassade nun in Betrieb. Fast zur Gänze wird die produzierte Energie im Gebäude selbst verbraucht. Für das weltweit tätige Unternehmen Omicron drückt dieser Neubau mit seinem hohen Anspruch an ein optimales Arbeitsumfeld die Firmenkultur gelungen aus. Neben der Solarfassade überzeugen im Inneren kunstvoll gestaltete Erholungs- und Denkräume, das flexible Raumprogramm und hochwertige Materialien im Zusammenspiel mit dem Beleuchtungskonzept. Mitarbeiter und Besucher sind gleichermaßen davon angetan.
Mekka: grün und gewölbt
Ein anderes Großprojekt der ganz besonderen Art wird gerade mit individuellen Glas-Glas-Modulen von Sunovation realisiert. Es handelt sich um das wohl weltweit größte Projekt mit bauwerksintegrierten Solarglaselementen und ist ein Bauwerk von enormer Bedeutung, das jährlich mehr als drei Millionen Besucher zählt: die Heilige Moschee in Mekka. Sie wird im Zuge umfassender Erweiterungs- und Modernisierungsmaßnahmen ausgebaut, um Platz für die wachsenden Besucherzahlen zu bieten. Um die Pilgerströme sicher zur Kaaba, dem zentralen Heiligtum des Islam, zu leiten, wurden unter anderem vier Fußgängerbrücken errichtet. Diese Brücken sind jeweils rund 120 Meter lang und 40 Meter hoch. Zum Schutz vor Sonne und Wüstenklima sind die Brücken überdacht. Die Dächer überspannen die Brücken in gewölbter Form mit einem Radius von rund zwölf Metern. Auf einer sehr leichten, aber besonders tragfähigen Unterkonstruktion aus Composite-Materialien werden in Kürze die Glaselemente von Sunovation befestigt.
Zwei Dutzend Muster zur Auswahl
Doch bevor das Vorhaben an den Start gehen konnte, waren viele Einzelschritte zu absolvieren. Über zwei Jahre vergingen von der Idee bis zur Auftragserteilung. Die Architekten hatten für die Brückenüberdachung von Anfang an eine Photovoltaiklösung vorgesehen.
Die Bauherren wollten ein ökologisches Statement in der Architektur abgeben. Ursprünglich waren dafür ganz normale blaue, flache Module vorgesehen. Doch der Gedanke lag nahe, die Module in Grün, der Farbe des Islam, auszuführen. „Grün ist gar nicht so einfach, weil die Beschichtung der Zellen relativ schwierig ist, um am Ende eine grüne Optik zu erhalten“, beschreibt Heribert Ley die Herausforderung. Sunovation fragte diverse Hersteller von farbigen Zellen an und baute schließlich rund 25 Muster. Verschiedene Grüntöne der Zellen wurden mit verschiedenen Glasbedruckungen kombiniert und den Architekten vorgeschlagen.
Die ausgewählte Variante besteht aus grünen Zellen und grünen Gläsern. Das Rückseitenglas ist vollflächig, das Deckglas im Randbereich sowie zur Abdeckung der Busbars der Zellen in keramischem Siebdruck bedruckt. Zusammen mit den grünen Zellen ergibt sich so eine sehr homogene Oberflächenoptik. In Kombination mit der Brückenkonstruktion wurde ein komplettes Brückensegment als Muster zur Begutachtung aufgebaut. Die leitenden Architekten waren mit der Farbe zufrieden, aber fragten schließlich, ob nicht auch eine gewölbte Ausführung der Gläser möglich wäre. Die Antwort von Sunovation lautete: „Ja, das ist zwar aufwendiger, aber es ist machbar.“ Sunovation fertigte nochmals Muster in gewölbter Variante, bei einem abgerundeten Dach optisch viel ansprechender als herkömmliche Module. Und dann wurden gewölbte Module bestellt. Die Wölbung ist möglich, weil Sunovation das oben beschriebene Verfahren der Verfüllung mit Silikongel anwendet. Die Zellen liegen im Produktionsprozess berührungslos zwischen den gewölbten Scheiben, der Zwischenraum wird mit Silikon verfüllt.
Module mit verschiedenen Geometrien
„Für diesen Auftrag haben wir uns qualifiziert, weil wir ein Produktkonzept anbieten, das für die speziellen Anwendungszwecke in der Architektur, insbesondere auch das Wüstenklima in Arabien, besonders geeignet ist“, führt Heribert Ley aus. „Für unser Unternehmen ist dieser Großauftrag natürlich von wesentlicher Bedeutung, da wir gegen den etablierten Wettbewerb unsere besonderen Fähigkeiten bewiesen haben.“
Insgesamt wurden für dieses Projekt 14 verschiedene Geometrien entwickelt und hergestellt, davon sechs Varianten in gewölbter Ausführung. In aufwendigen Tests wurde von einem unabhängigen Prüfinstitut die besondere Eignung des Silikon-Glas-Verbunds für das Wüstenklima in Arabien im Vergleich zu den üblichen Laminiertechniken bestätigt. Zu Reinigungs- und Wartungszwecken sind die Solarglaselemente mit thermisch vorgespanntem Einscheibensicherheitsglas betretbar. Der erzeugte Strom wird zu 100 Prozent für den Eigenverbrauch in Ventilations- und Kühlungssystemen genutzt. Die Produktionszeit der 8.500 Solarglaselemente betrug rund zwölf Monate. Mit Spezialtransporten wurden die Module in 35 Containern von Deutschland nach Saudi-Arabien transportiert. Die Kosten für diese einzigartige BIPV-Anlage liegen im zweistelligen Millionenbereich.
Die jetzt im Bau befindliche, durchgängig gewölbte Oberfläche umfasst 12.800 Quadratmeter. Eine integrierte Dachanlage dieser Größenordnung und Ausführung ist bisher einmalig. Neben der homogenen Optik der grünen Solarglaselemente werden kantenlose gewölbte Glasflächen erzeugt, die die islamische Architektur des Gesamtbauwerks mit seinen Kuppelbauten und gewölbten Elementen weiterführen. Aufbau, Dachform und Design der Fußgängerbrücken integrieren sich optimal in die Gesamtarchitektur.
Asola
Alles aus einer Hand
Für die Solarfassade des Verwaltungsgebäudes eines Energieanbieters in Süddeutschland lieferte Asola die Module, übernahm die komplette statische Auslegung inklusive Befestigung und Verkabelung und montierte das System. Insgesamt wurden 69 Bauelemente des Typs Asola Energie Plus mit neun verschiedenen Varianten des Asola Vitrum Super verbaut. Seit März 2016 ist die Fassade mit 18 Kilowatt Leistung in Betrieb. Projektpartner bei diesem Bau war Goldbeck. Eine besondere Herausforderung war die statische Auslegung, da die Rollladenkästen der Fenster durch die Module überdeckt werden sollten.
Solarnova
Es geht um mehr als nur Fassade
Das 74 Wohn- und zwei Geschäftseinheiten umfassende Aktiv-Stadthaus in Frankfurt/Main gilt als Musterbeispiel für die ab 2021 geltende Energieeffizienzrichtlinie der Europäischen Union. Eine Schlüsselrolle kommt dabei den in die Fassade integrierten Modulen der Wedeler Solarnova zu. Sie wurden für das Gebäude maßgeschneidert.
Insgesamt 348 in die Gebäudehülle integrierte Glas-Glas-Module stellen sicher, dass der energetische Eigenbedarf der Mieter tatsächlich gedeckt und sogar ein Energie-Überschuss erzielt werden kann. Die tiefschwarzen gläsernen Einheiten mit einer Leistung von jeweils 338 Watt wurden in enger Zusammenarbeit zwischen Architekt, Planer, Bauherr und Solarnova entwickelt. Dabei spielten Größe, Leistung und nicht zuletzt bauästhetische und designerische Aspekte wie die Farbgebung von Modulen und Zellen eine Rolle. Die Solarfassade ergänzt die Leistung der hocheffizienten Aufdachanlage des Gebäudes um 117,6 Kilowatt.
Ohne die Fassade des Gebäudes in die Energiegewinnung einzubeziehen, hätte das Aktiv-Stadthaus selbst mit seiner rund 1.000 Module umfassenden Aufdachanlage den Stromeigenbedarf nicht decken können. In Kombination erzeugen die Lösungen nun sogar einen Überschuss, der in einer im Haus installierten Batterie gespeichert wird. 250 Kilowattstunden warten hier auf ihren nächtlichen Abruf. Über ein Display kann jeder Mieter des Aktiv-Stadthauses den jeweiligen Energieverbrauch mit der aktuellen Stromerzeugung vergleichen. Mitten in Frankfurts Innenstadt leisten so künftig 6.500 Quadratmeter optisch und architektonisch reizvollsten Wohnraums einen wertvollen Beitrag zum Klimaschutz.
Bella-Donna-Haus in Bad Oldesloe
Auch bei diesem Projekt lieferte Solarnova die fassadenintegrierten Module. Das ehemalige Industriegebäude wurde ökologisch aus- und umgebaut: umweltverträgliche Baumaterialien, Gründach, Regenwasserzisterne und nicht zuletzt eine in die Südfassade integrierte Photovoltaikanlage waren für die Frauen des Vereins Bella Donna selbstverständlich. Der Verein unterstützt Frauen jedweder Herkunft, sein Haus ist gleichzeitig ein Ort für Arbeit, Kultur, Soziales und Begegnung. 2015 erhielt das Projekt den ersten Preis im Nachhaltigkeitswettbewerb des Landes Schleswig-Holstein.
Sylvia Schmenk, seit Anfang 2015 Geschäftsführerin des Photovoltaikherstellers Solarnova, sieht Parallelen zwischen Bella Donna und Solarnova: „Beide wollen und sollten niemals auf ihre Optik reduziert werden. Es geht um weit mehr als nur Fassade. Es geht um den nachhaltig wertschätzenden Umgang mit Mensch und Tier, Natur und Umwelt.“
Porsche
Photovoltaik-Pylon
Die 25 Meter hohe und 37 Tonnen schwere Stahlkonstruktion im Technologiepark Berlin-Adlershof erzeugt mit einer konvexen Fassade aus 7.776 Solarzellen bis zu 30.000 Kilowattstunden Solarstrom pro Jahr. Der Pylon mit einer Gesamtoberfläche von etwa 270 Quadratmetern könnte damit den kompletten Strombedarf des Porsche-Zentrums Berlin-Adlershof abdecken. Eröffnung soll im Frühjahr 2017 sein. Besucher und Kunden können dann über eine Ladesäule auch Strom bei Porsche tanken.
Meyer Burger
Holzfabrik mit modernem Verwaltungsgebäude
Im Luzerner Hinterland, eingebettet in weit geschwungene Hügellandschaft, steht die Holzfabrik von Swiss Krono. Silos, ein Energiewerk für die Spanplattenherstellung, Logistikzentrum, Biogasanlage und tonnenweise Holz bestimmen aus der Ferne den Anblick der Fabrik. Jetzt ist ein Blickfang ganz anderer Art hinzugekommen. Beim Neubau des sechsstöckigen Verwaltungsgebäudes wurde eine Solarfassade realisiert. Für Konzept und Realisierung zeichneten die Solarspezialisten der Clevergie und die Fassadenprofis der Anytech Metallbau verantwortlich. Meyer Burger belieferte Swiss Krono mit Hochleistungsmodulen, die die Perc-Technologie mit der Smart-Wire-Technologie kombinieren. Die Fassade wurde als Pfosten-Riegel-Konstruktion erbaut. Eine von Swiss Krono selbst produzierte Holzwolle-Leichtbauplatte dient als Isolation auf der äußeren Innenwand. Bei diesem Projekt wurde sie in der Firmenfarbe Rot verbaut – in Kombination mit den transparenten Modulen eine optisch gelungene Einheit. Die Hochleistungs-Glas-Glas-Module von Meyer Burger wurden an allen vier Fronten und auf der Kantinenterrasse integriert. Die 30 Meter lange und 18 Meter breite Fassade trägt insgesamt 406 Module aus 23 verschiedenen Modultypen. Die Leistung der Anlage beträgt 103 Kilowatt, die ausschließlich im Gebäude selbst genutzt werden. Die Fensterflächen bestehen aus 56 Millimeter dickem Sonnenschutzglas. Es lässt nur vier Prozent Sonnenwärme ins Gebäude eindringen und ist extrem schalldämmend.
Ehoch2 Energy Engineering
Würfelförmiger Foyerbereich
Als auf dem Dach der Firma Empl Austria in der Nähe von Innsbruck eine große Photovoltaikanlage realisiert werden sollte, geriet auch der Neubau des Foyerbereichs in den Fokus der Planer. Gemeinsam mit dem Architekten erarbeitete Florian Jamschek vom Ingenieurbüro Ehoch2 eine Variante, die die Fassadenfläche des würfelförmigen Baus für Photovoltaik nutzt. Aus architektonischen Gründen sollte ein homogener Baukörper entstehen. Deshalb wurde auch die Nordseite des Foyerturms mit Modulen bestückt, und das Gebäude wirkt nun wie aus einem Guss.
Verschiedene Flächen für Fenster und Türen erforderten eine sinnvolle Aufteilung. Kleinere Flächen wurden mit Blindmodulen bestückt. Die Fenster im Süden und Norden sollten sich ebenfalls optisch integrieren und zusätzlich den Innenbereich verschatten. Verbaut wurden schließlich Glas-Glas-Module, die wie moderne Mehrscheibengläser aufgebaut sind und deren äußere Gläser durch Photovoltaikmodule ersetzt wurden. Optik, Stromproduktion, Verglasung, Isolierung und Verschattung bei gleichzeitig angenehmem Tageslicht im Inneren wurden so unter einen Hut gebracht. Weil die Module im Inneren von hinten sichtbar sind, wurden Randanschlussdosen verwendet, die in den Fugen zwischen den Modulen verschwinden.
Die Unterkonstruktion wurde wie bei einer hinterlüfteten Glasfassade realisiert, jedoch ohne Klemmen oder Deckleisten: Die Module wurden mit aufgeklebten Backrails unsichtbar und mit Schattenfugen in der Unterkonstruktion eingehängt. Die Verschattungen auf der Westfassade durch ein Einfahrtstor, an der Südfassade am Vormittag durch Bäume werden durch Einzelmoduloptimierer individuell gemanagt. Klar ist, dass die Nordseite weniger Erträge liefert, aber der Gesamteindruck des Gebäudes war für den Bauherrn so wichtig, dass dieses außergewöhnliche Anlagenkonzept gebaut wurde. Florian Jamschek von Ehoch2 ist nun gespannt, im Monitoring die Erträge der verschiedenen Flächen zu beobachten.
Bei dieser Fassade für das Bürogebäude von Omicron wurden Glas-Glas-Module und LED-Glas-Elemente kombiniert. So ist die Fläche nachts nicht einfach nur dunkel, sondern leuchtet punktuell in den Firmenfarben.
Von vorn sieht der Betrachter dieser Fassade nur Glas, keine Klemmen oder Rahmen. Befestigt sind die Module mittels Structural Glazing.
Vier Fußgängerbrücken in Mekka werden mit gewölbten, farbigen Modulen von Sunovation überdacht: insgesamt eine Fläche von 12.800 Quadratmetern.
Rund um die Heilige Moschee in Mekka drehen sich gerade die Kräne. Modernisierungsmaßnahmen sollen für die Besucher künftig mehr Komfort und Sicherheit schaffen.
