Schöner Schein, der sich rechnet
Das Aktiv-Stadthaus erzeugt mehr Energie, als es verbraucht. Architektur: HHS PLANER + ARCHITEKTEN AG/Bild: Constantin Meyer Fotografie, Köln
Ein Haus, ein Dach und obendrauf eine klobige Solaranlage. So stellen sich die meisten wohl ein Gebäude vor, das auf die Sonne als Energiequelle setzt. Doch es geht auch anders: Eine Beratungsstelle am Helmholtz-Zentrum Berlin zeigt Architekten und Stadtplanern, wie Fassaden und andere Bauwerkteile zur Energiegewinnung genutzt werden können – und das kann sogar verdammt gut aussehen.
Ein neun Meter breites und 150 Meter langes Wohnhaus mit acht Geschossen zu entwerfen ist schon an sich eine sportliche Aufgabe. Aber das war noch nicht alles: Andreas Wiege von HHS Planer + Architekten sollte das sogenannte Aktiv-Stadthaus in Frankfurt am Main zudem so konzipieren, dass es im Jahr mehr Energie erzeugt als verbraucht. Dem erfahrenen Architekten war gleich klar: Das geht nicht ohne erneuerbare Energiequellen – aber das Dach des Hauses ist viel zu klein für eine ausreichend große Solaranlage. Bleiben die Fassaden. Andreas Wiege musste vor allem den Spagat zwischen Ästhetik und Haustechnik bewältigen, also eine attraktive Fassade entwerfen, der man nicht auf den ersten Blick ansieht, dass daran Solarzellen verbaut wurden.
Björn Rau und das BAIP-Team unter-stützen den Austausch zwischen Bauherren, Architekten, Behörden und Herstellern.Bilder: BAIP/Katja Bilo
Das Frankfurter Haus ist damit Vorreiter für ein Thema, das bislang im Schatten lag: Wenn Photovoltaik genutzt wird, geschieht das vor allem über Solaranlagen auf dem Dach – weltweit machen Solarzellen, die in eine Fassade integriert sind, nur zwei Prozent des Sonnenstroms aus. Das muss sich ändern, davon ist Björn Rau vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) überzeugt: „Um die Klimaziele der Bundesregierung bis 2050 zu erreichen, müssen wir den Gebäudebestand in Deutschland nahezu klimaneutral gestalten.“
Die Bauteile, die dabei helfen können, sehen auf den ersten Blick unscheinbar aus. Mit Metall, Glas oder Holz lassen sich die Solarzellen verbinden, die auf den Betrachter wirken wie ganz normale Teile der Fassade – dass sich dahinter Solarzellen verbergen, ist kaum oder gar nicht zu erkennen. Deshalb heißt diese Technik im Fachjargon auch „bauwerkintegrierte Photovoltaik“ (BIPV). Die speziellen Solarzellen bieten mehr Möglichkeiten, als selbst viele Fachleute vom Bau ahnen.
Diese Technik machte sich der Frankfurter Architekt Andreas Wiege zunutze. Das Gebäude, das vor fünf Jahren entstand, liegt ein paar Schritte entfernt vom Main – ein lang gezogener Riegel ist es, dem man von außen seine besonderen Eigen-schaften nicht ansieht. Weiße Bänder trennen die Geschosse und betonen die Länge des Baus. Zwischen den bodentiefen Fenstern befinden sich die dunklen Photovoltaikelemente, die wie ein Teil der Fassade erscheinen.
Je höher ein Haus, desto größer ist die Fläche seiner Fassade im Vergleich zum Dach – wo ökologisch motivierte Begrünung ohnehin um Platz konkurriert. Bei der Solarstromerzeugung kommen Fassaden in Europa auf einen Anteil von 2,5 Prozent. In Deutschland können laut einer Studie bis zu 31 Prozent des aktuellen Strombedarfes durch BIPV gedeckt werden. Und von den vorhandenen rund 37.000 Quadratkilometer Flächen an Gebäudehüllen könnten nach einer weiteren Studie etwa 12.000 Quadratkilometer Fassaden und 6.000 Quadratkilometer Dachflächen potenziell für Photovoltaik genutzt werden.
"Viele wissen nicht, dass es farbige, ja sogar weiße Solarmodule gibt.“ Bild: Solaxess SE
Damit solche Möglichkeiten besser erschlossen werden, ist vor zwei Jahren am HZB die Beratungs-stelle für bauwerkintegrierte Photovoltaik, kurz BAIP, entstanden, die Björn Rau leitet. „Den initialen Akteuren von Bau- und Sanierungsvorhaben sind oft die vielfältigen gestalterischen Lösungen für die Integration von Photovoltaik in das Gebäude nicht bekannt“, sagt Björn Rau. „So wissen beispielsweise viele nicht, dass es farbige, ja sogar weiße Solarmodule gibt, dass nicht nur klassische, ‚gekachelte‘ Solarmodule verwendet werden können, sondern auch flächig homogen gefärbte Module.“
Das vierköpfige Team der Beratungsstelle will vor allem einen intensiven Austausch zwischen Bauherren, Architekten, Investoren, Planern, Herstellern, Entwicklern sowie Behörden in Gang bringen. „Wenn wir den Entscheidern die Möglichkeiten für den Einsatz bauwerkintegrierter Photovoltaik bewusst machen, wird diese Option künftig auch ganz selbstverständlich mitberücksichtigt“, so Björn Rau. Als eine der ersten Maßnahmen hat die Beratungsstelle Architekten informiert. Die Veranstaltung trug den Titel „Architektur und Photovoltaik: Die Schöne und das Biest?“
Es war der Auftakt zu einer Serie von Veranstaltungen, die sich an verschiedene Zielgruppen richten sollen, neben Architekten auch an Stadtplaner und Bauherren. Das Kalkül: Je besser Architekten wissen, wie sie Bauherren vom Einsatz bauwerkintegrierter Photovoltaik überzeugen können, desto schneller geht es damit im großen Stil voran. Öffentliche Bauherren, Wohnungsbaugesellschaften und Einzelhandelsketten, die Logistikzentren mit riesigen Fassadenflächen besitzen, rücken ebenso in den Fokus. Das BAIP-Team führt Veranstaltungen häufig in enger Kooperation mit Architektenkammern und der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) durch.
3-D-Modell der Testinghalle des HZB mit großflächigen blauen Solarmodulen. Bild: Büro Taao
Wie viel es zu tun gibt, zeigt sich beim Blick auf den Staat. Er legt mit Blick auf den Klimawandel zwar klare Ziele fest, bei öffentlichen Bauten allerdings ist bauwerkintegrierte Photovoltaik eine Ausnahme – bislang: So berät die BAIP die Berliner Senatskanzlei bei Sanierungen und auch geplanten Neubauvorhaben. „Der BAIP-Workshop hat mir Hintergrundwissen über mögliche Einsätze von Photovoltaik vermittelt, das mir gute Argumente bei Planungsbesprechungen gibt, um auch mal eine kreative Lösung zu finden“, sagt zum Beispiel Anika Jotter. Die Referentin für Wissenschaftsbauten in der Senatskanzlei von Berlin hatte an der Veranstaltung „Die Schöne und das Biest?“ teilgenommen. „Hilfreich waren ins-besondere die Fallbeispiele, weil wir uns im Arbeitsalltag nur begrenzt mit den konkreten Details der Ausführung befassen.“
Detailentwurf der Testinghalle mit den blauen Solarmodulen. Bild: DGI Bauwerk
Immer öfter laufen beim BAIP-Team aber auch konkrete Fragen von Bauherren ein. „Wir haben schon eine Schule beraten, die Eigentümergemeinschaft in einem Mehrfamilienhaus und auch Eigenheimbesitzer“, berichtet Björn Rau. „Einer schickte uns Pläne von seinem Haus, sodass wir ihm zeigen konnten, wo sich was am besten installieren ließe.“ Ein anderer, Besitzer eines Mehrfamilienhauses und Fahrer eines E-Autos, will nun eine Fassade installieren, die besonders schön aussehen soll. In einzelnen Fällen übrigens, betont der BAIP-Leiter, habe man auch schon von einer Fassadenlösung abgeraten. So können Bäume oder hohe Häuser auf der gegenüberliegenden Seite enger Straßen eine Fassade so stark verschatten, dass der Ertrag einer Solar-anlage zu gering wäre, um die Mehrkosten zu decken. „In solchen Fällen geht man besser andere Wege“, so Björn Rau. „Wir sind da nicht dogmatisch, sondern arbeiten an der besten Lösung.“
Eine Fassadenlösung, die sich rechnet, wird 2020 am HZB realisiert – an jenem Institut, an das die Beratungsstelle angegliedert ist. Dort in Berlin-Adlershof wird gerade die Testinghalle am Teilchenbeschleuniger BERLinPro gebaut. Und an den Fassaden kommen Photovoltaikmodule zum Einsatz. Die Halle wird damit in zweierlei Hinsicht zum Reallabor: Im Innern werden Geräte getestet, bevor sie im Teilchenbeschleuniger zum Einsatz kommen. Und außen entsteht Sonnenstrom, der im HZB genutzt werden kann. Für Björn Rau und sein Team werden die Solarmodule zum Teil eines Forschungsprojekts: Welche Erträge die bauwerkintegrierte Photo-voltaik bei welcher Ausrichtung und welchem Wetter liefert, können sie in der Praxis erproben und die Ergebnisse mit ihren bisherigen Simulationen abgleichen. Hinzu kommen bauphysikalische Fragestellungen: etwa inwieweit sich die konkrete Art der Fassadenintegration einerseits auf Solarertrag und andererseits auf das Gebäude selber auswirkt. „Was wir rausfinden, fließt dann umgehend wieder in die nächsten Workshops und Beratungen ein“, sagt Björn Rau, „und natürlich auch in die weitere Solarenergieforschung hier am HZB.“
Weitere Informationen:
Das BAIP-Team berät und informiert zu BIPV-Anwendungen. Bild: BAIP/Katja Bilo
Beratungsstelle für bauwerkintegrierte Photovoltaik (BAIP)
Das BAIP-Projekt ist ein Beispiel für den Transfer von Wissen aus der Forschung in die Anwendung bei Helmholtz: Mittels Beratungs- und Informationsangeboten ermöglicht er Menschen, Entscheidungen anhand wissenschaftlich fundierter Erkenntnisse zu treffen.
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