Haupttypen von gebäudeintegrierten Photovoltaikanlagen (BIPV)

Da Nachhaltigkeit zu einem integralen Bestandteil der Planung von Gewerbe- und Wohngebäuden geworden ist, haben sich gebäudeintegrierte Photovoltaikanlagen (BIPV) von einem Nischenkonzept zu einer praktischen Gestaltungsstrategie entwickelt. BIPV ersetzt herkömmliche Baumaterialien (Dachdeckung, Fassadenverkleidung, Verglasung usw.) mit Photovoltaik-Elementen (PV), die sowohl als Gebäudehülle als auch als Stromquelle vor Ort dienen. Diese Doppelfunktion kann die Ästhetik verbessern, Material- und Arbeitskosten senken und ein Gebäude mit erneuerbarer Energie versorgen, ohne die optischen oder strukturellen Beeinträchtigungen von Rack-Systemen.

Im Folgenden erläutern wir die wichtigsten BIPV-Typen, ihre optimalen Einsatzgebiete sowie die technischen und gestalterischen Aspekte, die die Produktauswahl beeinflussen.

Kurze Taxonomie – die wichtigsten BIPV-Kategorien

Praktiker BIPV-Produkte werden üblicherweise in dieser Gruppe zusammengefasst. durch das Hüllkurvenelement, das sie ersetzen. Die Hauptkategorien sind:

• Dachintegrierte Systeme (Ziegel, Schindeln, Stehfalzmodule) — PV-Elemente ersetzen direkt die Dachmaterialien bei geneigten oder flachen Dächern.
• Fassaden- und Verkleidungssysteme (opake Paneele, hinterlüftete Fassaden) — PV-Module werden als Außenverkleidung oder Brüstungsplatten verwendet.
• Verglasung und halbtransparente Module (Fenster, Oberlichter, Vordächer) — PV-Glas oder halbtransparente Laminate, die Tageslicht durchlassen und gleichzeitig Strom erzeugen.
• Vorhangfassaden- und Elementfassadenmodule — Vollständige Vorhangfassadenelemente, die Photovoltaik in werkseitig vormontierte Paneele integrieren.
• Flexible Laminate und Dünnschichtmembranen — Leichte, anpassungsfähige PV-Folien für gebogene Oberflächen, Überdachungen oder Nachrüstungsanwendungen.
• Gebäudeintegrierte photovoltaisch-thermische Hybridsysteme (BIPV-T) — Systeme, die die Stromerzeugung mit der Wärmerückgewinnung kombinieren, um den Gesamtenergieertrag zu verbessern.

Für jede Kategorie kann eine Reihe von PV-Technologien genutzt werden (kristallines Silizium, CIGS, CdTe, a-Si, organische PV), und jede bringt Kompromisse in Bezug auf Effizienz, Gewicht, Feuer- und Windbeständigkeit sowie Ästhetik mit sich.

1. Dachintegrierte gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV): Ziegel, Schindeln und Stehfalz

Die dachintegrierte gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) ist die am weitesten verbreitete Form für Wohngebäude und niedriggeschossige Gewerbebauten.

• Solarziegel und -schindeln Sie werden so gefertigt, dass sie in Aussehen und Profil herkömmlichen Dachmaterialien entsprechen. Sie ersetzen die Dachunterspannbahn und bieten Wetterschutz sowie Stromerzeugung. Ihr ästhetischer Vorteil ist besonders bei Projekten von Bedeutung, bei denen das Erscheinungsbild des Daches eine wichtige Rolle spielt.
• In-Roof-Laminate und rahmenlose Module werden häufig auf geneigten Dächern eingesetzt und bündig mit der Dachlinie installiert; einige Produkte sind so konzipiert, dass sie in bestehende Dachsysteme integriert werden können.
• Stehfalz-Solarmodule Sie lassen sich gut mit Metalldachsystemen kombinieren und sind besonders beliebt für die Dacheindeckung von Gewerbe- und Industriegebäuden.

Vorteile: integrierte Wasserdichtigkeit und ansprechendes Erscheinungsbild; potenzielle Material-/Arbeitskosteneinsparungen im Vergleich separates Dach + Gestell-PVEinschränkungen: Sie sind in der Regel schwerer als Membrandachbahnen, erfordern sorgfältige Abdichtungs- und Versiegelungsarbeiten und können bei unzureichendem Wärmemanagement eine geringere Kühlleistung (und damit auch eine geringere elektrische Leistung) aufweisen.

2. Fassaden- und Verkleidungs-BIPV: opake Paneele und hinterlüftete Fassaden

Bildquelle: https://www.google.com/bipv-facade-systems/

Fassadenintegrierte Photovoltaik (BIPV) wandelt vertikale Oberflächen in energieerzeugende Elemente um.

• Opake PV-Fassadenverkleidung (Brüstungspaneele, hinterlüftete Paneele) Sie ersetzen herkömmliche Metall- oder Verbundfassadenverkleidungen. Diese sind oft laminiert und mit Rahmen versehen, um sie an Fassadenunterkonstruktionen zu befestigen.
• Hinterlüftete Doppelfassaden mit PV Platzieren Sie die PV-Anlage vor einem Luftspalt; der Luftspalt kann für konvektive Kühlung der PV-Anlage sorgen und die thermische Leistung des Gebäudes verbessern.

Anwendungsbeispiele: Fassaden von Gewerbetürmen, Sanierungsprojekte für Fassadenverkleidungen und Gebäude mit begrenzter Dachfläche für Photovoltaik. Da Fassaden häufig einem suboptimalen Sonnenstand ausgesetzt sind, muss die Planung Ausrichtung, Neigung und die Wahl der Photovoltaik-Technologie optimal aufeinander abstimmen, um die Leistungsziele zu erreichen.

3. Verglasung und halbtransparente gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV): Fenster, Oberlichter, Atrien

Transparente oder halbtransparente PV-Produkte ermöglichen die Nutzung von Tageslicht bei gleichzeitiger Stromerzeugung:

• PV-Verglasung nutzt in Verbundglas oder beschichtetes Glas eingebettete Zellen, um etwas Licht durchzulassen und gleichzeitig einen Teil der Sonnenenergie umzuwandeln.
• Dünnschicht- oder farbstoffsensibilisierte, halbtransparente Module Kann für Oberlichter, Vordächer und Wintergärten verwendet werden, wo diffuses Tageslicht benötigt wird.

Designer müssen berücksichtigen Lichtdurchlässigkeit (VLT), Blendung, U-Wert und AbschattungsfaktorenDie Verglasung von gebäudeintegrierten Photovoltaikmodulen (BIPV) kann den Kühlbedarf reduzieren, je nach Klima und Ausrichtung jedoch den Heizbedarf erhöhen. Die Leistungserwartungen für halbtransparente BIPV-Module unterscheiden sich von denen opaker Module – der Energieertrag pro Quadratmeter ist geringer, aber die kombinierten thermischen und lichttechnischen Vorteile der Fassade können sie für bestimmte Projekte attraktiv machen.

4. Vorhangfassaden- und modulare BIPV-Systeme

Vorhangfassaden können als vorgefertigte Paneele hergestellt werden, die PV-Zellen integrieren, was die Installation an Hochhäusern schneller und kontrollierter macht:

• Unitized PV Curtain Wall Panels Es handelt sich um werkseitig vormontierte Fassadenmodule, die PV-Laminate, Rahmen und thermische Trennungen umfassen. Sie vereinfachen die Montage vor Ort und die Qualitätskontrolle.
• Diese Systeme werden häufig dann eingesetzt, wenn architektonische Kontinuität und Effizienz der externen Fertigung Priorität haben.

Zu den wichtigsten Überlegungen gehören die strukturelle Lastübertragung, die Strategie für den Modulaustausch, der Wartungszugang und das elektrische Verbindungsschema innerhalb der Vorhangfassade.

5. Flexible Laminate und Spezialanwendungen

Flexible Dünnschicht-BIPV-Produkte (CIGS, a-Si-Laminate) ermöglichen Formen, die mit starren Modulen nicht realisierbar sind:

• Konforme Dachmembranen und leichte Überdachungen Ermöglichen Sie die Photovoltaik auf gekrümmten oder empfindlichen Substraten.
• Balustraden, Markisen und Pergolen können flexible PV-Laminate für die dezentrale Energieerzeugung auf einem Gelände integrieren.

Diese Produkte sind leichter und lassen sich einfacher nachrüsten, haben aber typischerweise geringere Moduleffizienz und möglicherweise unterschiedliche Haltbarkeitsprofile als kristalline Module mit Glasrückseite.

6. BIPV-T- und Hybridsysteme

BIPV-T-Systeme koppeln die PV-Stromerzeugung mit der Wärmerückgewinnung (Wasser oder Luft) und verbessern so die Gesamtenergieausnutzung – insbesondere in Klimazonen oder Gebäudeprogrammen, die die zurückgewonnene Wärme nutzen können.

Dieser Hybridansatz steigert den Gesamtenergieertrag pro Fassaden-/Dachfläche, erhöht aber gleichzeitig die Systemkomplexität sowie den Aufwand für Steuerung und Wartung. Aktuelle Fachbücher und Studien heben BIPV-T als zunehmend attraktive Option für integrierte Planungsteams hervor, die sowohl elektrische als auch thermische Energie vor Ort erzeugen möchten.

Die Wahl des richtigen BIPV-Produkts: praktische Designkriterien

Bei der Auswahl aus den verschiedenen BIPV-Optionen sollten die Planungsteams Folgendes berücksichtigen:

1. Gebäudefunktion und Ausrichtung — Dächer und nach Süden ausgerichtete Fassaden weisen unterschiedliche Eigenschaften auf; bei Fassaden-PV geht es möglicherweise mehr um CO2-Emissionen und Image als um Spitzenertrag.
2. Ästhetik und architektonische Absicht — Farbe, Textur, Transparenz und Modulformfaktor sollten den Designzielen entsprechen.
3. Bauliche und brandschutztechnische Einschränkungen — BIPV-Module weisen oft andere Last- und Brandschutzklassen auf als herkömmliche Materialien; stimmen Sie sich frühzeitig mit Statikern und Bauaufsichtsbeamten ab.
4. Wärmemanagement und Langlebigkeit — BIPV-Module sind Teil der Gebäudehülle und müssen die Kriterien für die erwartete Lebensdauer, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Feuchtigkeitsbeständigkeit erfüllen.
5. Elektrische Integration und Wartung — Der Zugang für den Austausch von Schalttafeln, die Verkabelungsstrategie und mögliche Auswirkungen auf die Gebäudesysteme müssen bereits in der frühen Planungsphase berücksichtigt werden. courses.ems.psu.edu+1

Vorteile und Abwägungen

• Vorteile: verbesserte Ästhetik, Material- und Arbeitsersparnis (wenn BIPV ein Hüllmaterial ersetzt), erhöhter Anteil erneuerbarer Energien vor Ort und Möglichkeiten für einen hochwertigen architektonischen Ausdruck.
• KompromissePotenziell höhere Kosten pro Watt im Vergleich zu rackmontierten PV-Anlagen, komplexere Detaillierung und Integration sowie mitunter geringere elektrische Leistung aufgrund höherer Betriebstemperaturen oder suboptimaler Neigung/Ausrichtung. Eine frühzeitige Zusammenarbeit zwischen Architekten, Fassadenplanern und PV-Planern minimiert viele dieser Risiken. docs.nrel.gov+1

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