Solararchitektur: Experimente mit der Ästhetik

PRAXIS
Solararchitektur
Experimente mit der Ästhetik
Die Nutzung der Photovoltaik ist ein wichtiger Baustein für die Entwicklung energiesparender Bauweisen,
die die Architektur nachhaltiger machen. Es geht nicht mehr um Stromertrag durch nachträglich aufgesetzte
Bauteile, deren optische Wirkung zweitrangig ist. Die Palette der Möglichkeiten ist breit geworden, auch
die Ästhetik spielt zunehmend eine Rolle.
Von Alexandra von Ascheraden
V
montiert sind, stellen für ihn dennoch ein
ästhetisches Problem dar. «Die Gestaltung ist dort
rein der Technik geschuldet.» Selbstverständlich
sei Solartechnik ein Haustechnikelement, «das
sichtbar sein muss, da es ja aus Sonnenlicht
Energie gewinnt», wie er einräumt. Lediglich die
Steuer- und Speichertechnik für die Photovoltaik
oder Solarthermie lasse sich im Keller verstecken.
Längst jedoch gibt es ästhetisch anspruchsvolle
Visualisierungen «Weitsicht»
or 150 Jahren war für jeden klar: Dächer
deckt man mit Stroh. Als man merkte, dass
das zu gut brennt, nahm man Steinplatten,
später Ziegel, und künftig vielleicht Solarzellen»,
meint Raffael Graf, Partner bei Bauart Architekten und Planer, an der Fachtagung «Solararchitektur» der Sanu. Es gehöre dazu, dass der
Mensch seine Wahrnehmung ändere. Dörfer, auf
deren Dächer blauschwarze Solarpaneelen auf-
Alternativen dazu, statt grosse blauschwarze Platten auf Dächer zu montieren. Solarmodule können heute flächenbündig in das Dach integriert
werden, so dass auch die Gesamtdachformen erhalten bleiben. Es gibt sogar zahlreiche farbige
Solarmodule, die man auf den ersten Blick gar
nicht als solche wahrnimmt.
Seit sich immer mehr Elemente auch in
Fassaden integrieren lassen, fällt auch das alte
Gegenargument weg, Solartechnik komme auf
den Preis noch oben drauf. «Sie kann heute
durchaus als vollwertige äusserste Fassadenschicht ausgebildet werden, die unter Berücksichtigung der Erträge aus der Energieproduktion mit konventionellen Materialien konkurrieren
kann», so Graf.
Solararchitektur ist ein wichtiger Baustein für
die Entwicklung energiesparender Bauweisen, die
die Architektur nachhaltiger machen. Und die
Herangehensweise ändert sich langsam aber
stetig. Es geht nicht mehr darum, möglichst
viel Stromertrag durch nachträglich aufgesetzte
Bauteile zu erwirtschaften, egal wie sie optisch
wirken. Gebäude sollen von Grund auf so geplant
werden, dass durch Ausrichtung, Material und
Konstruktion möglichst viel und möglichst
intelligent Sonnenenergie genutzt werden kann.
Zunehmend mehrfunktional
«Weitsicht» von Bauart Architekten: Die aus weiss erscheinenden Solarzellen bestehende Fassade
soll die Idee des «Gebäudes als Kraftwerk» betonen. Baubeginn ist voraussichtlich Ende 2017.
Auch Francesco Frontini engagiert sich für
Systeme, in denen Photovoltaik nicht nur die
Funktion eines Stromerzeugers, sondern auch die
eines Bauteils übernimmt. Er ist Leiter des Swiss
BIPV Competence Centre an der Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana
(SUPSI) im Tessin. BIPV steht dabei für «buildingintegrated photovoltaics».
Frontini erläutert: «Die neuen Produkte sind
in der Lage, aufgrund ihrer Grösse und Merkmale
Nr. 37, Freitag, 16. September 2016
Visualisierungen «Weitsicht»
2300 Quadratmeter Solarfassade sind am
15-stöckigen Gebäude in Thun vorgesehen.
statt zusätzlich aufgebracht zu werden. Es gibt «solare» Fensterläden, durchsichtige Solarpaneele für
Bürohausfassaden oder Oberlichter, Geländer oder
zahlreiche ästhetisch anspruchsvolle Beschattungssysteme. Die Ansprüche an die PhotovoltaikElemente steigen deutlich. Sie müssen je nach
Kontext die typischen Voraussetzungen der Bau-
komponenten mit erfüllen, die sie ersetzen. Sei es
als mechanischer Widerstand oder im Punkt der
Stabilität, des Brandschutzes oder des Lärmschutz.
«Die Entwicklung geht weg vom schlichten
Montieren von Solarpaneelen auf bestehende
Strukturen hin zu Integration der Solartechnik ins
bauliche Gefüge. Sie kann dann nicht mehr so
Bilder: Schweizer Solarpreis 2015
manche der traditionellen Baukomponenten vollständig zu ersetzen.» Sie können die Aufgaben von
Bedachungselementen ebenso übernehmen, wie
die einer Balkonbrüstung, die nicht nur der Absturzsicherung dient, sondern auch noch Strom
produziert. So sinken die Installationskosten, da
diese Elemente konventionelle Bauteile ersetzen
«Monolith» in Ilanz (GR). Die im Flachdach nach Ost-West ausgerichtete und
sorgfältig integrierte PV-Anlage erzeugt knapp 30 000 Kilowattstunden im Jahr.
Nr. 37, Freitag, 16. September 2016
12-Familien-Holzhaus in Rebstein (SG): Alle vier Fassaden sind mit integrierten Solarzellen ausgestattet, die jährlich 24 300 Kilowattstunden produzieren.
baublatt 11 Bild: Rudolpho Duba_Pixelio.de
PRAXIS
Gemeinde Sasbachwalden in Deutschland: Das Riegelhaus trifft auf die Moderne. Längst gäbe es ästhetisch ansprechendere Lösungen als dieser Solar-Wildwuchs auf den Einfamilienhäuschen.
einfach wieder vom Gebäude entfernt werden,
da sie technische oder bauliche Funktionen erfüllt wie Schutz vor Witterungseinflüssen oder Beschattung», betont Frontini:
Dafür prägen sie, geschickt eingesetzt, das
Erscheinungsbild eines Gebäudes durch Oberflächentextur und Farbe positiv und ihre Grösse
und Form lässt sich mit dem Raster des Gebäudes abstimmen. Dünnschichtmodule beispielsweise erlauben sogar geschwungene Formen.
Frontini glaubt fest daran, dass BIPV die Architekten in Zukunft immer stärker beschäftigen
wird, da die Verwendung erneuerbarer Energien
zunehmend ins Pflichtenheft übernommen wird.
Obwohl die Kosten der solaren Bauteile stetig
sinken, ist die Finanzierung nicht mehr so einfach
wie auch schon. Die kostendeckende Einspeisevergütung des Bundes (KEV) ist wegen langen
Wartelisten faktisch nicht mehr wirksam und die
Einmalvergütung ist momentan nur für Anlagen
bis etwa 200 Quadratmetern eine Alternative.
Eine Rentabilität ohne Förderung ist nur möglich,
wenn ein hoher Anteil des produzierten Stroms
zeitgleich im Haus verbraucht werden kann –
Mehrfamilienhäuser und Gewerbebauten sind
diesbezüglich besonders geeignet.
Bild: Petra Spanheimer_Pixelio.de
Grösste umlaufende Solarfassade
Bild: Uwe Drewes_Pixelio.de
Das typische Bild, das man vor Augen hat, wenn von Solarenergie die Rede ist: Doch längst gibt es
Alternativen zu dieser rein der Technik geschuldeten Gestaltung, bei der blauschwarze Solarmodule
einfach auf bestehende Dächer aufmontiert werden.
Paneele am Häuschen oder gar ein eigener «Solargarten» sind nicht jedermanns Geschmack.
12 baublatt
Welche Dimensionen in der Photovoltaik bereits
möglich ist, zeigt Raffael Graf am Projekt «Weitsicht», mit dem sein Büro einen Wettbewerb gewonnen hat: Der 54 Meter hohe Büroturm, soll
auf einer Militärbrache in Thun entstehen. Am
15-geschossigen Gebäude sind etwa 2300 Quadratmeter Solarfassade vorgesehen. Es wäre die
grösste umlaufende Solarfassade der Schweiz.
Dabei profitieren die Architekten sogar vom
langsamen Fortschritt des Projekts, da der Wettbewerb zwar gewonnen ist, der Baubeginn seitens der Ruag als Auftraggeberin jedoch noch
nicht feststeht. Ästhetisches Ziel der Architekten
ist es nämlich, dass die Fassade trotz Solarzellen weiss erscheint, um die Idee des «Gebäudes als Kraftwerk» zu betonen. Bei Planungsbeginn 2013 war die beste Möglichkeit, mit einer
Siliziumzelle mit einem aufgedruckten weissem
Punkteraster vor einer Siliziumzelle zu arbeiten,
das einen (vertretbaren) Verlust in der Effizienz
bedeutet hätte. Ein Jahr später schon gab es
Dünnschichtzellen, die mit einem farbigen Film
überzogen sind – eleganter und homogener im
Erscheinungsbild. Wer weiss, welche Möglichkeiten es geben wird, wenn das Gebäude wie geplant Ende 2017 in die Realisierung geht. ■
Linktipp:
Eine Übersicht über die Bandbreite der mittlerweile verfügbaren Solarmodule samt Links zu den
Herstellern führt das BIPV unter www.bipv.ch/
index.php/de/produkte/bipv-module.
Nr. 37, Freitag, 16. September 2016
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PRAXIS
Energienutzung in ehemaligem Industriebau
Von Kohlesilo zum bunten Solarkraftwerk
Lange Jahre stand das Silo, das im Arealschutz der Denkmalpflege liegt, ungenutzt. Heute ist es mit seiner Solarfassade
ein Pilotprojekt, an dem die Stromerzeugung mit farbigen Solarmodulen und auch deren Leistung an einer Nordfassade von
der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) exakt gemessen wird. Es soll als Referenz für ähnliche Projekte dienen.
Von Alexandra von Ascheraden
D
Die Aussenverkleidung wurde mit im Areal bereits vorhandenen Materialien realisiert. Zum Teil
konnte Material von anderen Baustellen wiederverwertet werden. Auch die neue stählerne Aussentreppe war rasch so verrostet, dass sie wirkte,
als wäre sie schon immer da gewesen.Die Bedingungen der Denkmalpflege waren somit erfüllt.
Paneele auf Fassade und Dach
Als sichtbares Zeichen für den Wandel der Energienutzung von Kohle hin zu erneuerbaren
Energien sollte Photovoltaik in Nord- und Südfassade sowie das Dach integriert werden. Um
auch den ästhetischen Aspekt zu erfüllen, wurden dafür Paneele mit farbiger Glasbeschichtung
verwendet, die die EPFL Lausanne entwickelt hat.
«Durch die matte Oberfläche und die unterschiedliche Färbung werden die Paneele als ästheti-
sches Baumaterial wahrgenommen. Erst bei genauem Hinsehen fallen die dahinter liegenden
technischen Elemente auf», so Kerstin Müller,
Architektin beim Baubüro «in situ» bei der Führung durchs Silo an der Fachtagung für Solararchitektur der Sanu.
Ganz ohne Hindernisse ging der Einbau allerdings nicht ab. «Wir waren das absolute Pilotprojekt für dieses Material. Zwischen Projektstart und Lieferung hatte der Hersteller die
Produktion nach Dubai verlegt. Danach kamen
anfangs die Farben völlig anders heraus. Das
gab erst einmal Bauverzögerung», erinnert sich
Müller ungern. «In der Zwischenzeit hatten wir
allerdings schon die Unterdachbahn aufgebracht. Die wiederum durfte maximal zwölf
Wochen ungeschützt der UV-Strahlung ausgesetzt sein, sonst wäre die Garantie erloschen.
Bild: Schweizer Solarpreis 2015
ie ehemalige Maschinenfabrik Sulzer Burckhardt AG im Gundeldinger Feld in Basel ist
heute ein alternativer Kultur- und Arbeitsstandort. Die Nutzung ist bunt gemischt, und auch die
Energie – zumindest im übertragenen Sinne. Ein
Drittel des Energieverbrauchs des Kohlesilos,
des prägenden Elements des Geländes, wird aus
farbigen Solarpaneelen gewonnen.
Das Kohlesilo speiste einst die Heizzentrale
der Fabrik und lag als letztes ungenutztes Volumen auf dem Areal lange brach. Dies auch,
weil es unter den Arealschutz der Denkmalpflege
fällt, so dass es nach dem Umbau nicht als
«neuer» Solitärbau auffallen darf. Schliesslich
wurde doch eine Umnutzung in Angriff genommen. Dafür wurden drei Beton-Zwischendecken
in den Siloschacht eingezogen. So entstanden
200 Quadratmeter Nutzfläche.
Das ehemalige Gebäude der Heizzentrale und des Kohlesilos der Maschinenfabrik Sulzer Burckhardt AG in Basel wurde zu einem Mehrzweckgebäude
umgebaut. Die 159 Quadratmeter grosse Photovoltaik-Anlage ist ganzflächig integriert und erzeugt jährlich 16 400 Kilowattstunden Solarstrom.
Bild Alexandra von Ascheraden
Farbrige, aber besonders die goldenen Solarzellen auf der Fassade des Silos haben höhere Einbussen als normale Paneele.
Wegen dieses Zeitdrucks mussten wir teilweise
Module verlegen, die nicht ausreichend getestet
waren.» Und einige prompt in der Folge wieder
austauschen.
Das Bangen hat sich gelohnt. Die Photovoltaikelemente sind weithin sichtbar in grossflächigen, bunten Mustern verlegt und direkt in die
Fassade integriert, die nun grün, golden, blau
sen Prozentsatz der Energie des auftreffenden
Sonnenlichts in elektrischen Gleichstrom um.
Die farbigen Paneele bringen gewisse Einbussen
mit sich. Das ist dem integrierten Interferenzfilter
geschuldet, der nur bestimmte Wellenlängen des
Lichts reflektiert, um den farbigen Eindruck zu
erwecken. «Leider hat gerade Gold, die schönste
Farbe, recht hohe Einbussen», bedauert Kerstin
Die farbigen Paneele bringen
gewisse Einbussen beim
Wirkungsgrad mit sich. Leider hat
gerade Gold, die schönste Farbe,
recht hohe Einbussen.
Kerstin Müller, Architektin Baubüro «in situ»
und grau schimmert. Da das Projekt Pilotcharakter hat, wird es von der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW begleitet. Sie misst jeweils
zwei Module der selben Farbe als Paar aus,
um die Unterschiede in der Leistung zu ermitteln.
So kann auch der Wirkungsgrad ermittelt werden.
Bei normalen monochristallinen Solarzellen beträgt er bis zu 19,5 Prozent, wandelt also dieNr. 37, Freitag, 16. September 2016
Müller. Die Herstellerangaben liessen je nach
Farbe Einbussen von 5 bis 10 Prozent erwarten.
Die ersten Messungen der FHNW, die seit kurzem
vorliegen, bestätigen das nicht, wie Falk Dorusch,
wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut Energie am Bau der FHNW erläutert: «Wir haben die
Wirkungsgrade und die Modulerträge der einzelnen Farbvarianten miteinander verglichen. Beide
lagen deutlich unter den Herstellerangaben.
Selbst die Erträge der konventionellen Module liegen unter den Werten des Datenblatts.»
Bewusst wurden gerade auch an der Nordfassade Solarmodule verwendet, da Achim Geissler,
der das Projekt von Seiten der FHNW begleitet,
kurz vorher nachgerechnet hatte, dass mit den
heutigen Technologien die Gestehungskosten pro
Kilowattstunde Strom an einer Nordfassade gleich
hoch sind wie sie es vor acht Jahren auf einem
gleich grossen Dach in Idealneigung waren.
Nordfassade als Testobjekt
Da die Nordfassade des Kohlesilos diejenige
ist, die man beim Betreten des Geländes sieht,
bot sie sich zur Gestaltung ohnehin besonders
an. An einer Nordfassade beträgt die Stromausbeute nach Geisslers Berechnungen immerhin
noch 30 Prozent dessen, was eine ideal ausgerichtete Photovoltaik liefern könnte. Geissler
will an diesem Projekt aufzeigen, dass sich heute
auch solche Flächen lohnen. Noch liegen die
endgültigen Ergebnisse nicht vor.
Die 82 Quadratmeter Solarpaneele am Dach
liefern 11 400 Kilowattstunden pro Jahr, dazu
kommen 5000 Kilowattstunden von den 77 Quadratmetern Paneelen an der Nord- und Südfassade. Die Eigenenergieversorgung des Gebäudes liegt damit bei 37 Prozent.
Ziel ist, dass die Stromversorgung des im
Nachbarbau eingemieteten Baubüros «in situ»AG,
baublatt 15 PRAXIS
Bild: Alexandra von Ascheraden
seit Juli voll bestückt ist. Es kann also gut sein,
dass wir künftig die angepeilten 85 Prozent sogar noch übertreffen»; erläutert Müller.
Trotz aller nervenzehrenden Pilotprojekt-Erfahrungen ist Müller mit dem Ergebnis mehr als zufrieden. «Ich finde, wir Planer müssten bei Solartechnik den Bauherren viel selbstverständlicher
nach dem «wie» fragen, statt nach dem «ob».
Denn viele Bauherren sind sehr offen für die
Technologie, wenn man ihnen aufzeigt, was in
den letzten Jahren möglich geworden ist.» ■
Kenndaten Solarsilo
❯❯ Solarmoduloberfläche: 159 m2
❯❯ Nennleistung total: 24 kW
❯❯ Module:
Antec Module / Kromatik Solarglas
❯❯ Stromertrag: 16 400 kWh
❯❯ Inbetriebnahme: März 2015
(ava)
Die Speicherbatterien für die gewonnene Energie
sind im Keller des Kohlesilos untergebracht.
Bild: zvg
zumindest von April bis Oktober netzunabhängig
funktioniert. Dazu wird überschüssige Solarenergie in ausgemusterten Batterien aus «Twike»Elektrofahrzeugen (Liegerädern mit Elektrounterstützung), gespeichert. Die Batterien sind dem
schnellen Lade- und Entladezyklus von gewöhnlich zwei bis vier Stunden im Fahrzeug nicht
mehr gewachsen, wenn ihre Ladekapazität unter
70 Prozent gesunken ist. In stationären Speichern
dauert ein Zyklus ein bis zwei Tage und beansprucht die Batterien entsprechend weniger. Sie
können hier noch lange Dienst tun. Die Akkus sind
wartungsfrei und der modulare Aufbau der Speicher sorgt für Redundanz. Die im «Twike» verwendeten Lithium-Eisenphosphat-Batterien sind
zudem anders als Lithium-Ionen-Batterien sicher
vor Überhitzung, da sie keine Energie mehr aufnehmen, wenn sie voll geladen sind. Die Speicherkapazität der beiden Module liegt zusammen
bei 40 Kilowattstunden. Die eben vorgelegten ersten Auswertungen zeigen, dass im Juni ein Eigendeckungsgrad von 85 Prozent erreicht wurde.
Von März bis Juni lag er gemittelt bei 53 Prozent.
«Dazu muss man wissen, dass der Speicher erst
Auf dem Dach sowie an der Süd- und Nordfassade wurden grüne, goldfarbene, orange, blaue und graue PV-Module mit monokristallinen Solarzellen sowie
einige Standardmodule in schwarz eingesetzt.
16 baublatt
Nr. 37, Freitag, 16. September 2016
“Planen wir komplexe Dächer wie bei den
Terrassenhäusern Schönenfurt in Morgarten
können wir uns auf das Sarnafil®-Dachsystem
verlassen – ein flexibleres Dachsystem gibt es nicht.”
Theo Kälin / Eidg. dipl. Bauleiter
Architekten-Team-Kälin AG
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