Ästhetischer Anspruch von PV-Fassaden

von Caroline Fafflock, Jörg Wollenweber

Aufgrund des Klimawandels, der zu Neige gehenden fossilen Brennstoffe und des wachsenden Energiebedarfs treten regenerative Energien mehr und mehr in den Vordergrund. Ein wichtiger Bestandteil erneuerbarer Energien wird durch Photovoltaik geliefert. Caroline Fafflok und Jörg Wollenweber berichten über die Möglichkeiten, die sich bei der gebäudeintegrierten Photovoltaik ergeben.

Neben einem aktiven Beitrag zum Klimaschutz garantieren erneuerbare Energien langfristig stabile Energiekosten und wirtschaftliche Entwicklungschancen für die Regionen. Die Menge des durch Photovoltaik bereitgestellten Stroms wird in den nächsten Jahren stetig wachsen, zurzeit werden jedoch die Potenziale, die die Verwendung von Photovoltaik bietet nur selten genutzt. Vor allem im Bereich der Ästhetik werden die Möglichkeiten, die Photovoltaik-Anwendungen eröffnen bei weitem nicht ausgeschöpft. Es ist an der Zeit sich Gedanken über ästhetisch qualitativ hochwertiges energieeffizientes Bauen zu machen und die Chancen, die Photovoltaik-Anlagen bieten genauer zu betrachten. Bisher bleiben Photovoltaik- Anlagen trotz offenkundiger Vorteile – wie emissionsfreie, lautlose und vor Ort verfügbare Stromerzeugung sowie finanzielle Förderung – häufig hinter Ihren Möglichkeiten zurück und treffen beim Anwender nur selten auf Akzeptanz. Vor allem in Bezug auf ihr Erscheinungsbild haben sie einen schlechten Ruf.

Laut einer Studie des Bundesverbandes Solarwirtschaft werden nur 1 % der verbauten Photovoltaikelemente und Photovoltaikanlagen in die Gebäudehülle integriert. Es eröffnet sich also ein kaum genutztes Feld, das zur Steigerung von System- und Gebäudeeffizienz beitragen kann und zudem neue Gestaltungsmöglichkeiten bietet.
Solaranlagen werden an Gebäuden angebracht, aufgeständert auf Dächern und Gestellen und an Fassaden angelehnt. Ihre Beziehung zu den Gebäuden wirkt eher zufällig oder provisorisch. Eine dauerhaft wirkende, technische und gestalterische Integration wird äußerst selten angestrebt, würde jedoch die Akzeptanz dieser neuen Bauteile wesentlich erhöhen können. Grundsätzlich unterscheiden sich die Möglichkeiten der Anwendung von Photovoltaik danach welche Bauaufgabe zu bewältigen ist. Man muss unterscheiden, in welchem Bereich die Photovoltaik in der Gebäudehülle eingesetzt werden soll (z. B. Dach, Fassade oder Sonnenschutz) und ob es sich um einen Neubau oder eine Sanierung handelt.

Beim Entwurf eines Neubaus ist der Grad der Gestaltungsmöglichkeiten am größten. Architektonisches und Energetisches Konzept können von Anfang an aufeinander abgestimmt werden. Ziel ist die integrale Planung um so ein einheitliches Erscheinungsbild und eine gut abgestimmte technische Lösung zu gewährleisten. Im Rahmen einer Sanierung von Bestandsgebäuden ist diese Aufgabe sowohl im Hinblick auf die Ästhetik als auch die Konstruktion schwieriger. Besonders anspruchsvoll ist die Nachrüstung und Integration von Photovoltaik-Anlagen bei einem denkmalgeschützten Gebäude. Aufgrund vielfältiger Lösungsansätze und aktuellen Forschungsergebnissen ist auch dies, in Zusammenarbeit mit den zuständigen Behörden, inzwischen realisierbar.
Zurzeit werden die zur Energiegewinnung notwendigen Systeme in vielen Fällen additiv eingesetzt, selten erfolgt eine ästhetische sowie technische Integration der einzelnen Komponenten. Immer häufiger jedoch rückt die Fassade nicht mehr nur aus gestalterischer Sicht, sondern auch aufgrund des wachsenden Energiebedarfs in den Mittelpunkt. Dabei handelt es sich nicht nur um die thermische Hülle, die die Energieverluste minimiert, sondern vor allem um die solaraktive Schicht, die der Fassade eine Zusatzfunktion als energieerzeugendes Bauteil gibt. Wenn Photovoltaik anstatt auf dem Dach in der Fassade verwendet wird, ist zu beachten, dass Photovoltaik- Anlagen gezielt unter gestalterischen Gesichtspunkten betrachtet werden müssen. In der Fassade und als Sonnenschutz verwendet, treten sie im Stadtbild wesentlich deutlicher in Erscheinung als bei der Verwendung auf dem Dach. Hierbei muss nicht nur Integration in die Gebäudehülle, sondern auch die harmonische Einbindung in den städtebaulichen Kontext beachtet werden.

Betrachtet man Photovoltaikanlagen unter gestalterischen Gesichtspunkten kann man jedes Modul unter einzelnen Teilaspekten analysieren: Zelltyp, Zellgröße, Format des Moduls, Erscheinungsbild und schließlich dann in Kombination mit den weiteren verwendeten Materialen.
Die Wahl der Zelle ist ein wichtiges und frühzeitig zu entscheidendes Kriterium für die Gestalt der zu installierenden Photovoltaikanlage. Die Bilder, die die unterschiedlichen Strukturen der Zelltypen erzeugen, werden bisweilen unterschätzt oder nicht beachtet. Auswahlkriterien sind in den meisten Fällen der Wirkungsgrad und die Kosten, die mit dem Kauf und der Inbetriebnahme der Anlagen anfallen. Mit zunehmender Anwendung im Fassadenbereich wird dies aber ein immer wichtiger werdender Punkt in der Planung und Umsetzung von fassadenintegrierten Photovoltaikanlagen.
Die Materialwahl der gestalterisch und konstruktiv ergänzenden Bauteile spielt ebenfalls eine wichtige Rolle im Erscheinungsbild eines Gebäudes. Am Beispiel der Beiträge der TU Darmstadt zum Solar Decathlon 2007 und 2009 kann dieses Zusammenspiel unterschiedlicher Materialien anschaulich gemacht werden.
Im Zuge der Entwicklung des Wettbewerbsbeitrages 2007 wurde die Möglichkeit einer Gebäudehülle thematisiert, die folgende Anforderungen erfüllen sollte:

- Sonnenschutz
-Wetterschutz
- Tageslichtversorgung
- Ausblicke
- Sichtschutz

Der Gebäudeentwurf legte es nahe, das Haus hierzu rundum mit einer Schicht aus lamellenbestückten, beweglichen Fensterläden zu versehen. Der Baustoff Holz (Eiche) als Grundmaterial wurde aus der Gebäudekonstruktion abgeleitet. Die Fassade sollte Schlichtheit und Zurückhaltung ausdrücken.
Als Besonderheit im Vergleich zu traditionellen Fensterläden, wie man sie vor allem in Südeuropa kennt, sind die zur Sonne ausgerichteten Lamellenläden des Solar Decathlon Hauses zusätzlich mit Photovoltaikmodulen belegt und übernehmen so, neben den geforderten Kriterien, auch eine energiegewinnende Funktion.
Der Beitrag zum Solar Decathlon 2009 geht einen etwas anderen Weg. Hier steht nicht die homogene Gesamtstruktur der Hülle im Vordergrund, sondern der gezielte Einsatz von Öffnungen und Durchblicken im Zusammenspiel mit einer Photovoltaikfassade aus Glas-Glas-Modulen mit Dünn Dünnschichtzellen und Plexiglas-Elementen. Teilweise überdecken die Photovoltaikmodule auch Fensterflächen. In diesen Bereichen sind die Module als bewegliche Lamellen ausgebildet. Hierdurch kann über die Fassade eine differenzierte Lichtsituation im Innenraum erzeugt werden.
Die Beiträge zum Solar Decathlon dienen nicht nur dazu, neue Wege in der Architektur zu beschreiten, sondern auch neue Technologien und Produkte zu generieren, im Rahmen von Forschungsprojekten weiter zu entwickeln und ggf. zur Marktreife führen.

Fassaden bieten hier ein großes Potenzial für Neuentwicklungen. Die Effizienz der Fassadenanlagen ist zwar geringer als auf optimal geneigten Flächen, dafür können die Photovoltaikelemente hier die herkömmlichen Fassadenmaterialien ersetzen und deren Aufgaben übernehmen. Dadurch wird die Dopplung von Materialien vermieden und die Kosten, die für die Fassade vorgesehen waren können gegen gerechnet werden.
Im Bereich von semitransparenten Elementen, die im Fassadenbereich zum Einsatz kommen und zur Belichtung der Innenräume beitragen, kann über die Bele- gungsdichte der G-Wert reguliert werden. Zu beachten ist die Wärmeentwicklung der Zellen, sofern sie in den Innenbereich abstrahlt. Die Integration von Photovoltaik in Verschattungselemente eignet sich besonders gut, da diese durch ihre Funktion der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. Die Elemente können als starre oder wie im Beitrag der TU Darmstadt zum Solar Decathlon 2007 als bewegliche Bauteile konzipiert sein, die dann opake, semitransparente Materialien oder bedrucktes Glas ersetzen.

Fazit

Für eine ästhetische Ausformulierung von Solarfassaden sind die Integrale Planung und die frühzeitige Wahl der Zellen und der weiteren Komponenten erforderlich. Nur wenn das Gebäudekonzept und die technische Infrastruktur ein einheitliches Ganzes ergeben, kann auch die gestalterische Integration und eine auf den Kontext abgestimmte Qualität erreicht werden.

fafflok@ee.tu-darmstadt.de
wollenweber@ee.tu-darmstadt.de