SOLAR OFFICE / Newcastle, UK

SOLAR OFFICE / Newcastle, U.K.
55° 25` N / B.1
B.1
GIPV-BEISPIELE in Europa
2 / B.1
England
SOLAR OFFICE / NEWCASTLE
B.1
SOLAR OFFICE
DOXFORD PARK
B1. NEWCASTLE, U.K.
55° 25` N Fassadenintegration
Projekt
„Solar Büro“ / Solar Office,
Doxford International Business Park
Newcastle (Nähe Sunderland), NO-England,
United Kingdom
Standort
Architekten
Tragwerksplanung
Studio E Architects, London, UK
Architekt David Lloyd Jones
Akeler Services Ltd.
Rybka Battle Consulting Engineers, (C. Matson),
London, UK
Keine Angaben
Nennleistung PV-Anlage
Erzeugte Energie / Jahr
Ausführungsjahr
73 kWp
55.000 kWh/a
03/1998
Gebäudekdaten
Fläche BGF
Baukosten
Gebäudenutzung
Neu/Altbau
Keine Angaben
Keine Angaben
Bürogebäude
Neubau, Gesamtenergiekonzept
Bauherr
Beratende Ingenieure
Photovoltaik
PV-Typologie
Anwendungstyp
Fläche
Zellentechnologie-Typ
Hersteller
Netz-Anschluß
Fassadenitegration / Süd,
opake und semitransparente Module
646 m2
Polykristalline Siliziumzellen in Glas-GlasModul-Konstruktion / PROSOL Solarelemente
Saint-Gobain Glass Solar (SGGS)
Veröffentlichungen
•„The Solar Office“, Pearsall Nicole, 2nd World
Conference on PV Solar Energy Convervsion,
Wien, 07/1998
• Präsentationsbroschüre,
Saint-Gobain Glass Solar, Aachen
• www. Akeler.co.uk/doxford/schuele
Abbildungen
Ansicht
B.1 / 3
B.1
GIPV-BEISPIELE in Europa
England
1.
Beschreibung
¬ Projektübersicht / Kurzbeschreibung
Es handelt sich bei dem vorliegenden Projekt um die Beschreibung der Gestaltung, Installation und Anfangsleistungen des „Solar Office“ (Solar Büros), einem
spekulativ gebauten Bürokomplex im Nordosten von England. Die Südfassade
des Bürogebäudes schließt ein 73 kWp Photovoltaik-System ein, welches aus
einer Reihe von opaken und semitransparenten Modulgestaltungen besteht. Das
Photovoltaiksystem trägt ebenso zur Kontrolle der passiven Solargewinne bei,
durch die Schatten-Spendung. Das Gebäude wurde im März 1998 fertiggestellt,
im Anschluß werden die Grunddaten der PV-Anlage vorgestellt, sowie Leistung
des PV-Systems über die ersten 10 Wochen wird nachfolgend erläutert.
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1]
¬ Allgemein
Das „Solar Büro“ (Solar Office) im Doxford International Business Park ist ein
neues Bürogebäude, das für Akeler Services Ltd. entworfen wurde, und befindet
sich in in New, in der Nähe von Sunderland, im Nord-Osten von England. Die
Konstruktion es Gebäudes wurde im März 1998 fertiggestellt mit Ausnahme
der inneren Ausstattung, welche entsprechend den Anforderungen des Mieters
ausgeführt wurde. Die verglaste Südfassade besitzt eine voll integrierte Photovoltaik-Anlage.
Das `Solar Büro´ ist eine kommerzielle Entwicklung und als solche muß sie mit
den konventionellen Gebäuden auf dem englischen Eigentumsmarkt konkurrieren. Es ist das erste spekulativ konstruierte Gebäude, das gebäudeintegrierte
Photovoltaik einbezieht und ist eines von nur wenigen, das sich eine ganzheitliche Energiestrategie zu eigen macht. Die PV-Installation und das Niedrigenergie-Design wurden durch Zuschüsse von dem Europäischen Regionalentwicklungs-Fond („European Regional Development Fund“) unterstützt und die Englische Handel und Industrie-Abteilung („UK Department of Trade and Industry“)
hat eine Unterstützung für die Gestaltungsentwicklung, die Testmethoden und
Überwachungen der Gebäudeleistungen zur Verfügung gestellt.
Die Installation der Fassade und die anfänglichen Leistungsdaten werden im
Anschluß kurz zusammengefaßt. [1]
[Pearsall, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1]
¬ Besonderheiten
•
komplette Fassadenintegration / Neigung 60°
•
Niedrigenergiestandard (85 kWh/m2/Jahr, siehe Punkt 2 / Gestalt)
•
Erster kommerzieller, spekulativer Bürogebäudekomplex in UK mit
gebäudeintegrierter Photovoltaik (GIPV) (1998)
•
Semitransparente und opake PV-Module, Kombination mit einem
Gesamtenergiekonzept
•
PV-System dient ebenso als Verschattungselement in der Fassade und
unterstützt die natürliche Belüftung des Gebäudes.
2.
Gestalt
¬ Design des „Solar Office“ / Solar Büros (Veröffentlichungen)
„The building was designed to minimise the use of energy while its external fabric was designed to replace a significant amount of the energy that is used. This
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formula for energy self-sufficiency is one of the key building blocks for future
global sustainability. The design addresses environmental and energy conserving
issues, including an energy consumption target of 85 kWh/m2/year compared
to that of a conventional airconditioned office at 233-423 kWh/m2/ year.“ [`Das
Gebäude wurde entworfen, um den Energieverbrauch zu minimieren, während seine
äußerliche Beschaffenheit entsprechend gestaltet wurde, um einen signifikanten Anteil der
benötigten Energie zu ersetzen (bzw. diesen zu produzieren).´ ]
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1]
Eine 73 kWp Photovoltaikanlage ist in die Gebäudehülle integriert. Von dieser
wird erwartet, daß sie 55.000 kWh elektrischer Energie pro Jahr - unter den
englischen Standortbedingungen - zur Verfügung stellt, was zwischen einem
Drittel und einem Viertel des erwarteten Gesamtenergieverbrauchs des Gebäudes darstellt.
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1]
Das Design des Gebäudes beschreibt Nicola Pearsall (Univ. Northumbria, PV-Applications Centre, UK) wie folgt:
„ The building is `V´ shaped in plan with the extreme ends of the `V´ splayed
away each other and a central core located at the apex of the `V´ “[1]
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1]
„The building incorporates a 66 metre long south facing, inclined facade at the
centre of which is the main entrance. The photovolatic system is integrated into
this facade. Behind the facade is located a three storey atrium and there is an
interanl `street´ between the facade an the splayed wings. A photograph of the
building, showing the solar facade, is provided in Figure B.1.1“ [1]
[Das Gebäude besitzt eine V-Form. Das Gebäude beinhaltet eine 66 Meter lange Südorientierte, geneigte Fassade, in deren Mitte sich der Haupteingang befindet. Das Photovoltaik-System ist in die Fassade integriert. Hinter der Fassade befindet sich ein dreistöckiges
Atrium und es existiert eine innenliegende `Straße´ zwischen der Fassade und den seitlichen
Flügeln. Ein Foto des Gebäudes, das die Südfassade zeigt, ist in Abbildung B.1.1 zu
sehen.]
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2]
`Das Hauptanliegen des ökologischen Designs war es, eine Symbiose zwischen
den Niedrigenergiemaßnahmen („low energy measures“) und denjenigen, die
für die Photovoltaikinstallation benötigt werden, zu finden. In einigen Schlüsselbereichen verläuft die Optimierung der Photovoltaik Stromerzeugung entgegen
denjenigen für die Niedrigenergiegestaltung. Zum Beispiel benötigt die Photovoltaikfassade soviel wie möglich auf sie einfallendes Sonnenlicht und führt deshalb
das Risiko mit sich, daß innenliegenden Räume überhitzt werden.
Pearsall erwähnt hierzu weiterhin: „Other isssues include compensation for the
lack of thermal capacity in the facade materials and their relatively poor insulating properties and the curtain wall construction, which inhibits the introduction
of carfully graded, glare free daylight into building.“ [2]
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2]
Man hat versucht ein Gleichgewicht in diesen Bereichen herzustellen, Pearsall
beschreibt dies wie folgt: „Where possible, the apparent conflicts have been
reconciled to be mutually reinforcing and, elsewhere, a balance has been sturck
between the respective requirements. Design details which address the areas of
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England
conflict include the ventilation of the facade to prevent overheating, the introduction of additional thermal mass and the reduction of heat losses through the
facade.“ [2]
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2]
Das Photovoltaiksystem beinhaltet polykristalline Silizium-Solarzellen in einer
Glas/Glas-Modulkonstruktion. Bänder von klarem Glas wurden in die Fassade
eingefügt, um Ausblicke zu ermöglichen und um gute Innenraum Lichtverhältnisse zu gewährleisten. Das Risiko der Blendung wird durch die Einführung von
Modulen mit einer reduzierten Anzahl von Zellen direkt über die Glaspaneele
vermindert und durch die Möglichkeit der Einführung von lokal kontrollierten
Roll-Blenden.
„In addition, the heat accumulation behind the array is used in a positive manner
to assist with the natural ventilation of the building via stack effekt.“
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2]
Abb. B.1.2 Das Doxford Solar Office
Abbildung der geneigten Fassade. Der
Hauteingang befindet sich in der Mitte
und die Fassade beinhaltet drei Bänder
aus normalem Glas. Auf dem Dach befinden sich sog. "Windbaffles" (siehe
Gesamtkonzept).
[Paper, Pearsall, Doxford, S. 1 / Fig. 2]
¬ Aussagen zum Gesamtkonzept
„The reconciliation of energy generation and energy conservation has been
paralleled by reconciling the building with the site, especially the key issues of
layout, orientation and climate. The building had to be disposed such that it maximised solar radiation, whilst avoiding overshadowing from adjacent structures
or from its own massing and detailing. It also needed to avoid any risk of the
solar façade dazzling drivers travelling north on the nearby trunk road and to
mitigate disturbance from traffic noise. A south alignment of the façade and an
inclination of 60o was used to maximise solar radiation, while the inclined and
sealed façade overcame, respectively, the potential problems of dazzle and traffic
noise.
Office windows were placed on the north, north east and north west
to avoid the need for control of solar gains from low morning and evening
sunshine. The placement of the car park at the front of the building ensured that
the solar façade would not be overshadowed and that a sense of anticipation
would be felt by revealing the façade only after encircling the building.
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The building is located on an exposed site close to the North Sea and
the wind has been used to assist the natural cooling of the building. A wind
trough surmounted with baffles running the length of the façade ensures that
negative pressure is introduced immediately outside the upper vents regardless of
the wind direction and this reduced pressure encourages air flow out of the vents.
This, in turn, encourages air to be drawn in through the windows on the opposite
side of the building, keeping the interior cool in the summer. This system complements the stack effect caused by the heating of air immediately abutting the
inside face of the façade.“ [2]
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2]
3.
Fakten / Projektdaten
NEWCASTLE
¬ Breitengrad
Meereshöhe
¬ Globalstrahlung/a
¬ Sonnenstunden
¬ Topographie:
¬ Verschattung:
¬ Ausrichtung
¬ Energiekonzept
55° 25´ N
keine Angaben
913 [kWh/m2 a] (Jahresmittel)*
keine Angaben [h/a]
Ebenes Gelände, Nähe zum Meer, Wind dient der
natürlichen Kühlung des Gebäudes / keine weiteren
äußeren Einflüsse
Fassadenintegration (60°-Neigung der Fassade)
keine Verschattung durch Bäume oder Nachbargebäude
O-W-Ausrichtung des Gebäudes
Photovoltaik ist süd-orientiert
Gesamtenergiekonzept besteht für das Gebäude
* [Summe der jährlichen Globalstrahlung auf die horizontale Fläche (in kWh/m2 a)]
nach dem "Meteonorm"-Programm (2002; Version 4.0)].
Für das Gebäude wurde ein Gesamtenergiekonzept entwickelt und die verschiedenen Parameter wurden aufeinander abgestimmt, siehe Gesamtkonzept.
4.
Zelle / Photovoltaik-Beschreibung
¬ Das Photovoltaik-System
Das System benutzt polykristalline Siliziumzellen in einer Glas/Glas
Einkapsulierung. Das System wurde von Schüco International entworfen und
hergestellt, das ebenso das Mess-System zur Verfügung stellte.
Neun unterschiedliche Modulgestaltungen, im Hinblick auf die Größe, Form und
Zellen-Dichte wurden verwendet, wie in Tabelle B.1.1 dargestellt ist. Diese wurden in der Art gestaltet, daß sie die Anforderungen der physikalischen Integration
und der Verschattungsebenen für unterschiedliche Positionen an der Fassade
gewachsen sind. Alle Module sind rechteckig, ausgenommen G und H, welche
eine trapezförmige Form besitzen, um um die Eingangsebene herum eingepaßt
zu werden. [3]
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Module
Referenz
A
B
C
D
E
F
F*
G
H
England
Größe
(m2)
2.02
1.42
1.58
1.11
2.62
2.06
2.06
0.93
2.33
Leistung
(Wp)
238
143
182
109
285
218
176
70
221
Anzahl im
System
224
96
14
4
6
2
2
2
2
Tabelle B.1.1 Modul-Parameter und Mengen in der Doxford PV-Anlage.
[Pearsall, Doxford, Solar Office, Juli 1998, Conf. Wien, S. 3]
Die Gesamtfläche der Anlage beträgt 646 m2 mit einer nominalen Leistung
von 73,1 kWp. Sie ist in vier Unteranlagen aufgeteilt, zwei auf jeder Seite des
Einganges und mit geringfügig unterschiedlichen Orientierungen. Die beiden
westlichen Unter-Anlagen sind um 5 Grad abweichend von Süd nach Westen
orientiert, während die beiden östlichen Anlagen in dem selben Winkel von
Süd nach Osten orientiert sind. Dies fördert den visuellen Aspekt der Fassade,
jedoch in der Praxis, resultiert dies nur in einem sehr kleinen Unterschied des
Ertrages (Outputs) zwischen den unterschiedlichen Seiten der Anlage.
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3]
[„The total array area is 646m2 with a nominal rating of 73.1 kWp. It is split into four
subarrays, two on each side of the entrance and with slightly different orientations. The
two west subarrays are oriented 5 degrees off south towards the west, whilst the two
east subarrays are the same angle off south towards the east. This enhances the visual
aspect of the façade, but, in practice, results in only a very small difference in output
between the different sides of the array.“(Pearsall, 1998)] [3]
[Persall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3]
¬ Erscheinungsbild
•
Gesamtintegration in die geneigte (60°) Süd-Fassade, Unterbrechung
von „Normalglas-Bändern“
•
Verwendung von opaken und semitransparenten Modulen
(polykristalline Siliziumzellen, Glas-Glas-Einkapsulierung)
•
9 unterschiedliche Größen-Designs der Module (alle rechtwinkelig /
nur über Eingangsbereich trapezförmige Module)
•
Fassadeneinteilung in zwei geringfügig von Süden abweichenden
Ausrichtungen (s.u.), somit sehr charakteristisches Erscheinungsbild
der Gesamtfassade (siehe Abbildung B.1.1).
•
Aufgrund des vorgelagerten Parkplatzes vor die Fassade - keine
Verschattungen der Photovoltaik
¬ Orientierung der PV
•
Süd-Orientierung / Schrägstellung der Fassade zur Steigerung des
Photovoltaik-Ertrages
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•
Ausrichtung +5° von Süd abweichend in Richtung Westen und
-5° von Süd abweichend in Richtung Osten (mit geringfügigen
Änderungen im Output der Systeme)
¬ Monitoring [Überwachung]
Zusätzlich zur Überwachung des PV-Systems werden ebenso Messungen des
Energieverbrauchs und des Innenraumkomforts gemacht. Diese beinhalten Prüfungen der Lufttemperatur im Bürobereich, Atrium und (innenliegender)
„Straße“, Luftfeuchtigkeitsniveaus im Bürobereich, elektrische Lasten, Gasverbrauch, Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Die Aktivierung der automatisierten Solarfassaden-Belüftungsöffnungen und die oberen Oberlichtöffnungen
werden ebenso aufgezeichnet. Pearsall faßt die 1998 gemachten Überwachungsstudien wie folgt zusammen: „This will allow the whole performance of
the building to be assessed and the success of the design reconciliation to be
determined. However, since the building is not yet occupied these data do not
yet reflect normal usage and will not be covered...“ [3]
(Pearsall, 1998, Wien).
[`Dies erlaubt die Bewertung der Gesamtleistung des Gebäudes und den Erfolg des Gestaltungsausgleichs zu bestimmen. Da jedoch das Gebäude noch nicht beszogen wurde,
spiegeln diese Daten nicht den Normalgebrauch wieder und werden somit hier nicht
abgedeckt. (Stand 1998)]
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3]
Das PV-System wurde im März 1998 in Betrieb genommen und die komplette
Überwachung der Leistungsdaten begann etwas später in dem selben Monat.
Die Daten werden als 10-Minuten-Durchschnittswerte aufgezeichnet, ausgenommen im Falle der Energie-Zahlenwerte, wobei kumulative Summen in 10-Minuten-Intervallen aufgezeichnet werden. Alle Gebäudeparameter werden ebenso
als 10-Minuten-Durchschnittswerte oder kumulative Summen aufgezeichnet,
wo es angebracht ist, ausgenommen der Raumtemperaturen, die stündliche
Durchschnitte sind und die Fenster und Abluftablesungen, deren Werte »1«
für geschlossen und »0« für offen ergeben. Sämtliche Informationen können
an einem Touch-Screen-Programm im EG des Atriums, sowie aus dem Internet
abgelesen werden.
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3-4]
¬ Anfangs-Leistungen
Als Beispiele für die anfänglichen Leistungen werden Daten aus der Konferenz
1998 in Wien angeführt, um den Systemstart und die entsprechenden Leistungen zu demonstrieren.
Die System-Leistungen Ende Mai 1998 sind in Tabelle B.1.2 dargestellt. Der
Gesamtertrag seit März war 11,548 kWh bei einer durchschnittlichen Systemeffizienz von 7,5% (Stand: Mai 1998). Diese Effizienz wurde berechnet unter Gebrauch der gesamten PV-Modul-Fläche und berücksichtigt nicht die Variationen
in der Zellendichte über die Fassade. Für ein System mit der selben Leistung, das
Module mit der höchsten Dichte benutzt, würde dies einer System-Effizienz von
7,8% entsprechen. Dies ist nur eine kleine Korrektur, da fast 70% der Module in
dem System die volle Dichte besitzen (A und C Module mit einer UmwandlungsEffizienz von circa 11,5%. [4]
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England
[Pearsall, Doxford, Solar Office, Juli 1998, Conf. Wien, S. 4]
¬ Zusammenfassung der Projekt-Ergebnisse
Als Zusammenfassung des vorgestellten Projektes `Solar Office in Doxford International Park´, Newcastle, England, und der Ergebnisse der Anfangsmessungen
und Überwachungsdaten der installierten System äußert sich Nicola Pearsall wie
folgt (Stand 1998): „The construction of the Solar Office at the Doxford International Business Park was completed in March 1998 and operational data are
being collected to allow analysis of both the PV system performance and the
interaction with the other low energy features of the building. Initial data show
that the PV system is operating in accordance with expectation.
The Solar Office represents the coming of age of building integrated photovoltaics. The building’s ultimate success will be judged by the manner in which it
meets the demands of the commercial market place. Previous building integrated projects have to a large extent been `demonstration’ in purpose; future
projects will increasingly incorporate photovoltaics on the basis of their proven
value in contributing to environmentally sound energy strategies for buildings. In
addition to providing a healthy, stimulating and energy efficient workplace, the
Solar Office offers the occupier well serviced, versatile and spacious accommodation at exceptionally good value.“ [5]
[Pearsall, Doxford, Solar Office, Juli 1998, Conf. Wien, S. 5]
PHOTOVOLTAIK-BASISDATEN
Fassade (Süd-Orientierung)
polykristalline Siliziumzellen
PROSOL Solarelemente, (opake
und semitransparente Module)
¬ Hersteller
Saint Gobain Glass Solar, Aachen
¬ Neigung der Module
60 °
¬ Ausrichtung der Module
+5 ° / -5 ° (*)
¬ Abschattung
nein
¬ Wirkungsgrad (optimal)
keine Angaben
¬ Wirkungsgrad (praktisch)
keine Angaben
¬ PV-Fläche (F) / Fassade
646 m 2
¬ PV-Fassaden-Standarmodul
Neun verschiedene Größen,
(siehe Liste Modulparameter)
¬ Farbe der Solarzellen
blau
¬ Leistung / Modul
70-238 Wpeak (siehe Übersicht)
¬ Gesamtleistung
73,1 kWpeak
¬ Jahresenergie-Ertrag
55.000 kWh/a
¬ Effizienz F (Fläche) /
Leistung kWp
8,84 %
¬ Spezifischer Jahresertrag
[kWh/a] / [kWp]
752,39 kWh / (kWp x a)
[Fassade / Süd-Orientierung]
Basisdaten
¬ PV-Typ /
(*) Da nach Aussage der verantwortlichen Fachingenieurin, Dr. Pearsall, nur
geringfügig unterschiedliche Ergebnisse für die nach Westen bzw. nach Osten
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SOLAR OFFICE / NEWCASTLE
B.1
abweichende Orientierung der PV-Fassade erzielt werden und diese Daten nicht
getrennt im Monitoringsystem aktuell aufgezeichnet wurden, wird hier in der Untersuchung und für die Ergebnisse der vorliegenden Studie ein einheitlicher Wert
(der Gesamtleistung, des Jahresenergieertrages und somit für den Spezifischen Jahresertrag) für eine Abweichung von Süd +5° bzw. Süd -5° angesetzt.
Alternativ:
¬ Ausrichtung Fassaden-/ Dachmodule
¬ Mittlere Einstrahlung
¬ Erzeugte Energie / Jahr
+ 5° / -5° [von Süd abweichend]
913 kWh/m2 a **
55.000 kWh/a
** [Summe der jährlichen Globalstrahlung auf die horizontale Fläche (in kWh/m2 a)]
nach dem "Meteonorm"-Programm (2002; Version 4.0)].
5) Kosten
Finanzierung durch:
- European Regional Development Fund und
- UK Department Trade and Industry
Unterstützung für die Gestaltungsentwicklung, Testverfahren
und Überwachungngen der Gebäudeleistungen, sowie ein Teil der PV-Installation
Ein Original-Zitat zur Finanzierung des Projektes von Pearsall: „The building was
constructed as part of Phase VI of the Doxford International development by Doxford International PLC, an Akeler Services Ltd. company. …
The PV installation and some low energy features were partially funded by a grant
from the European Regional Development Fund (Objective 2, Programme 1994-96,
412/201/1) and design studies, monitoring and performance analysis are funded by
the UK Department of Trade and Industry through ETSU (contract no. S/P2/00275/
00/00).“ [5]
[Pearsall, Doxford, Solar Office, Juli 1998, Conf. Wien, S. 5]
Gesamtbewertung / Konklusion des Projektes
Das erzielte Ergebnis für den Spezifischen Jahresertrag [752 kWh / (kWp x a)]
des Projektes „Solar Office“ in Newcastle, U.K., liegt weit über dem Durchschnitt
[553 kWh / (kWp x a)] der restlichen Vergleichsprojekte der Studie für Fassadenintegrationen von Photovoltaik. Die Photovoltaik-Orientierung weist lediglich eine
geringe Abweichung von der optimalen Südausrichtung auf (Süd +5° bzw. Süd -5°
für jeweils ein Fassadenteil) auf, jedoch können beide Fassadenteile als gleichwertig im Hinblick auf die erzielten Jahreserträge aufgefaßt werden. Somit wird in der
vorliegenden Studie keine getrennte Einteilung der beiden Teile vorgenommen,
sondern vielmehr ein Gesamtergebnis zum Vergleich herangezogen.
Der Integrationswinkel der Photovoltaikmodule beträgt 60° (zur Horizontalen), dies
stellt im Vergleich zu den 90°-Winkel-Integrationsformen von einigen Vergleichsfassaden bessere Grundbedingungen für die einfallende Sonneneinstrahlung und
somit für die erzielbaren Jahresenergie-Erträge (bzw. hier für den Spezifischen Jahresertrag) dar. Jedoch handelt es dich bei der vorliegenden Photovoltaikanlage um
kein dem Sonnenstand nachgeführtes und somit bewegliches System - die Anlage
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England
ist starr in die Fassade im 60°-Winkel integriert. Die Ergebnisse der Studie, die über
dem Spezifischen Jahresertrag des Solar Offices liegen wurden von PV-Systemen
mit 1- bzw. 2-achsiger Nachführung erzielt, jeweils der Expo-Turm in Hameln-Emmerthal (siehe zum Vergleich Graphik B und `Toughness´-Kriterien-Diagramme mit
Kurzerläuterung, Kapitel 4, sowie zur detaillierten Auswertung Kapitel 5 Konklusion). Bei dem vorliegenden Ergebnis des Spezifischen Jahresertrages handelt es sich
um das drittbeste Resultat der
gesamten Fassadenstudie [bester Wert: 899
kWh / (kWp x a): Expo-Turm, Hameln, 2-achsige Nachführung der „Solarflügel“].
Es wurden blaue, polykristalline Solarzellen gewählt. Die Farbwahl unterstützt
somit zum geringen Teil das positive Ergebnis des Spezfischen Jahresertrages. Die
Fassade besteht aus opaken und semitransparenten Modulen, jedoch hat diese
Tatsache keinen direkten Einfluß auf den Spezifischen Jahresertrag, wie bereits
erwähnt wurde.
Das Gebäude ist freistehend. Es treten keine erkennbaren Verschattungen der Photovoltaikmodule durch Nachbargebäude bzw. Vegetation auf (lediglich temporäre
Teilverschattungen durch mögliche große Fahrzeuge auf dem vor dem Gebäude
befindlichen Parkplatz - dies stellt jedoch eine Ausnahme dar und kann somit nicht
als konkrete Verschattungssituation in die Studie mit einfließen).
Es handelt sich hier um den nördlichsten Projektstandort (Newcastle, England, 55°
25´N], im Vergleich zu den übrigen Projektbeispielen (siehe auch Graphik B, sowie
Graphik A/B im Vergleich).
Literatur / Doxford International Business Park
•
•
•
„The Solar Office: A Solar Powered Building With A Comprehensive
Energy Strategy.“, Dr. Pearsall Nicole, `2nd World Conference on PV
Solar Energy Conversion´, Wien, Österreich, Juli 1998
Präsentationsbroschüre, Titelseite, Saint-Gobain Glass Solar, Aachen
www. Akeler.co.uk/doxford/schuele
BIBLIOGRAPHIE / SOLAR OFFICE, U.K.
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
12 / B.1
Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 1
Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 2
Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3
Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S.3-4
Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 5
SOLAR OFFICE / NEWCASTLE
B.1
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
•
•
„The Solar Office: A Solar Powered Building With A Comprehensive
Energy Strategy.“, Dr. Pearsall Nicole, `2nd World Conference on PV Solar
Energy Conversion´, Wien, Österreich, Juli 1998
Präsentationsbroschüre, Titelseite, Saint-Gobain Glass Solar, Aachen
Abb. B.1.1
Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998,
Doxford-Park, S. 1 / Fig. 2
TABELLENVERZEICHNIS
Tab.B.1.1
Pearsall, Nicola, Dr./ Wien 1998, „2nd World Conf. on PV“, Präs., S. 3
[Pearsall Nicola, Abstract, Wien-Conf., PV, Juli 1998, Doxford-Park. S. 3]
[Pearsall, Doxford, Solar
Office, Juli 1998, Conf. Wien, S. 4]
ADRESSEN
B.1 DOXFORD Park / Newcastle (near Sunderland / NO-England), UK
PV-Spezialieten
Dr. Nicola M. Pearsall, Northumbria Photovoltaics Applications Centre
School of Engineering, University of Northumbria, Ellison Place,
Newcastle upon Tyne, NE1 8 ST, UK
Tel: +44 191 227 4595, Fax: +44 191 227 3650
E-mail: Dr. Nicola Pearsall <[email protected]>
Architekten
Studio E Architekts / Architekt: David Lloyd Jones,
Palace Wharf, Reinville Road,London, W6 9 HN, UK
Tel: +44 171 385 7126, Fax: +44 171 381 4995,
E-Mail: [email protected]
E-Mail: [email protected]
Bauherr
Akeler Services Ltd. (des Doxford International Business Park), Newcastle
www. Akeler.co.uk/doxford/schuele
Berat. Ingen.:
Rybka Battle Consulting Engineers, Mr. C. Matson,
14-17 Wells Mews, London, WIP 3FL, UK
Saint Gobain Glass Solar (SGGS)
Herr Erban Christof, Jülicher Str. 495, D-52070 Aachen
Tel: 0241 / 96.67-244
E-mail: [email protected]
oder: SGGS: Tel: 0241 / 96.67.240 - Fax: 0241 / 96.67.241
B.1 / 13
B.1
GIPV-BEISPIELE in Europa
14 / B.1
England
TOBIAS GRAU / HAMBURG
53° 71` N / B.2
B.2
GIPV-BEISPIELE in Europa
2 / B.2
Deutschland
TOBIAS GRAU / HAMBURG
B.2
TOBIAS GRAU
-
Firmengebäude
B2. HAMBURG
53° 71` N Fassadenintegration.
Projekt
TOBIAS GRAU, Firmengebäude
1. + 2. Bauabschnitt
Rellingen bei Hamburg (D), Siemensstraße 35b
Standort
Architekten
Bauherr
Tragwerksplanung
Haustechnik
Fassade / PV
PV-Planung
PV-Nennleistung
Erzeugte Energie / Jahr
Baubeginn
Fertigstellung
Gebäudedaten
Flächen BGF
Lager
Büro
Gesamt
1. + 2. BA
Gebäudenutzung
Neu/Altbau
Photovoltaik
PV-Typologie
Anwendungstyp
Hersteller
Fläche (Module)
Aktive Zellenfläche
Zellentechnologie-Typ
Hersteller
Modul-Typ
Veröffentlichungen
BRT Architekten
Bothe - Richter - Teherani, Hamburg
Franziska Grau, für Tobias Grau KG, Hamburg
Ingenieurbüro Wetzel und von Seht, Hamburg
Ing.-Ges. Ridder, Meyn + Partner mbH, Hamburg
Frener + Reifer, Metallbau GmbH, Brixen, Italien
Wennemuth Elektrotechnik
5,04 kWp (1. BA) + 13,005 kWp (2. BA)
ca. 10.800 kWh/a
1. BA
2. BA
April 1997
Juli 2000
April 1998
Juli 2001
1. BA
2. BA
2
1.200 m
1.500 m2 + Versand
2
1.100 m
360 m2
2
2.300 m
1.860 m2
4.160 m2
Firmengebäude eines Leuchtenherstellers
Neubau
Netzparallelbetrieb
Fassadenintegration
Saint Gobain Glass Solar
51 m2 / 128 m2 (1. + 2. BA / dunkelblau)
46,8 m2 / 117 m2 (1. + 2. BA)
Polykristalline Solarzellen,
EFG 100 x 100 mm
ASE (heute RWE Solar)
Semitransparent
Bücher
Prospekt Staint-Gobain Glass Solar
Prospekt Frener + Reifer, Brixen, Italien
Gestalten mit Solarzellen, Susanne Rexroth S. 38
Abbildungen
Ansichten
B.2 / 3
B.2
GIPV-BEISPIELE in Europa
Deutschland
1) Beschreibung
Das Ziel bestand darin, mit möglichst einfachen Mitteln (z.B. Holzleimbindern)
eine anspruchsvolle Architektur zu schaffen. Die Bauaufgabe war der Neubau eines Firmengebäudes für die Firma Tobias Grau (zur Zeit 30 Mitarbeiter). Es sollte
ein Fertigteillager mit Endmontage, Anlieferung und Versand, sowie ein Büroteil
für die kaufmännische und Entwurfsabteilung geschaffen werden. Die Erstellung
des Gebäudekomplexes war in 2 Bauabschnitte aufgeteilt. „Aus einem privat
ausgeschriebenen Wettbewerb hervorgegangen, stellte die Entwurfsidee von BRT
eine vollkommen neue Konzeption von Gebäude dar.“ [1]
(BRT Architekten, Projekt-Beschreibung)
2) Gestalt
¬ Allgemein
„Der 1. BA besteht aus einem langgestreckten, 2-geschossigen, ovalen Baukörper. Mit der Erweiterung ist das erste Gebäude zu dem ursprünglich angedachten Gebäudekomplex vervollständigt worden. Es bildet sich eine verschmolzene `H-Form´ aus zwei langen Röhren und einem quergestellten Zwischenbau,
der, ebenfalls röhrenförmig, 2 Geschosse beinhaltet.“
¬ Konstruktion
Die Konstruktion des Gebäudes wird aus über 20 Meter spannenden Holzleimbindern gebildet, die in einem Abstand von 5 Metern aufgestellt wurden und
die Aluminiumaußenhaut (aus Aluminiumbondtafeln) tragen. [„Ein eingestellter
Betontisch ergibt eine zweigeschossige Nutzung und dient gleichzeitig als Aussteifung.“ Dieser ist in `Kreuzkappenform´ ausgebildet und steht auf filigranen
Betonstützen; im Obergeschoß vervollständigen Holzpendelstützen das Tragwerk.] [1]
¬ Fassaden
Ost- und
Westfassaden:
Nordfassaden:
Südfassaden:
Sonnenschutzlamellen aus gebogenem und
bedrucktem Glas (Spannweite: 2,5 m)
Schräge Form (aus Bauvorschriften hervorgegangen), werden zum zentralen Bestandteil des
`dynamischen Ausdrucks´.
Zwei dunkelblaue Solarfassaden (54 qm + 180 qm) /
Verbindung ästhetischer und funktionaler Aspekte
der Gestaltung „zu einer Visitenkarte des
Gebäudes und der Firma“. [1]
(BRT Architekten, Projekt-Beschreibung)
¬ Gestaltung / Erscheinungsbild
„Die Leichtigkeit und Transparenz der Architektur setzt sich im Inneren gleichermaßen fort.“
Obergeschoß / Gliederung:
Das Gebäude ist jeweils durch eine Mittelspange
gegliedert (bestehend aus: kubischen Atrien,
Konferenzräumen, Treppen und Sanitärbereichen);
4 / B.2
TOBIAS GRAU / HAMBURG
B.2
Ergeschoß
Technik
Zusätzliche Gliederung des Raumes in Gang und
Bürobereiche: durch Pendelstützen aus Eichenholz.
Durch Glasfenster in den Atrienböden erhellt Tageslicht
das Erdgeschoß.
¬ Lichtdurchlässige Gesamtkonstruktion:
Schutz vor Überwärmung im Sommer durch außenliegendes Glaslamellensystem (individuell regelbar
und die Lamellen werden in Abhängigkeit der
Sonneneinstrahlung ausgerichtet) / ohne gesonderte
Unterkonstruktion (Länge: 2,5 m)
¬ Betonkernkühlung und Fußbodenheizung mit
kaltem Wasser: sorgen im Sommer bei
außerordentlich hohen Außentemperaturen für
ein angenehmes Raumklima.
¬ Eigenstromerzeugung durch Blockheizkraftwerk
(Solaranlagengewinne werden ebenfalls eingespeist)
¬ Photovoltaik-Konstruktion an den Südseiten der zwei
Röhren, als Structural-Glazing Fassaden ausgeführt. [2]
(BRT Architekten, Projekt-Beschreibung)
3) Fakten / Projektdaten
HAMBURG
¬ Breitengrad
Meereshöhe
¬ Globalstrahlung
¬ Sonnenstunden
¬ Topographie:
¬ Verschattung:
¬ Ausrichtung
Photovoltaik
¬ Energiekonzept
53° 71` N
51 m ü. NN
949 kWh/m2 a *
keine Angaben
Ebene, keine äußeren Einflüsse
keine Verschattung durch Bäume oder Nachbargebäude /
N-S-Ausrichtung des Gebäudes
SSW-Ausrichtung
Gesamtenergiekonzept (auch Blockheizkraftwerk vorh.),
(siehe Punkt `Technik´)
* Globalstrahlung als Mittelwert des Jahressummen von 1981-2000 in kWh/m2 a
Einstrahlung auf die horizontale Fläche [Quelle: Photon Spezial, 2002, S.109]
4) Zelle / Photovoltaik-Beschreibung
Allgemein
¬ Erscheinungsbild: semitransparent - Fassadenintegration
Die in einem Raster auf Abstand gesetzten Solarmodule erzielen eine semitransparente Optik und ermöglichen den Einfall von Tageslicht.
¬ Orientierung der PV:
SSW
Aufbau der PV-Module: 6 mm PLANDIDUR-DIAMANT
2 mm Zwischenraum mit ASE EFG 4“ Solarzellen
4 mm PLANDIDUR-PLANILUX
B.2 / 5
B.2
GIPV-BEISPIELE in Europa
Besonderheit
Deutschland
12 mm Luftzwischenraum
12 mm Laminiertes Glas mit „low-e“-Beschichtung
Structural Glazing, Module sind auf den
Rahmen geklebt [2]
PHOTOVOLTAIK-BASISDATEN
A: 1. BA / B: 2. BA
Basisdaten
¬ PV-Typ /
A Fassade (Süd-Orientierung)
¬ Hersteller / Zellen
¬ Hersteller / Module
¬ Neigung der Module
¬ Ausrichtung / PV
¬ Abschattung
¬ Wirkungsgrad / Zellen (optimal)
¬ Wirkungsgrad / Zellen (praktisch)
¬ Abmessungen Standard-Modul
¬ Anzahl der Module
¬ Abmessungen / PV-Zelle
¬ Zellenanzahl / Modul
¬ Abstand Zellen / Module
¬ PV-Modulfläche (F) / Fassade Süd
¬ Aktive Zellenfläche (Fass.)
¬ Farbe der Solarzellen
¬ Nennleistung (1. BA)
¬ Erzeugte Energie / Jahr
¬ Effizienz F (Fläche) / Leistung kWp
¬ Effizienz F (Fläche) / Leistung kWp
¬ Spezifischer Jahresertrag [kWh/a] / kWp
[Fassade / Süd-West-Orientierung]
Basisdaten B Fassade (Süd-Orientierung)
¬ PV-Typ /
¬
¬
¬
¬
¬
¬
¬
¬
¬
¬
6 / B.2
Hersteller / Zellen
Hersteller / Module
Neigung der Module
Ausrichtung
Abschattung
Wirkungsgrad / Zellen (optimal)
Wirkungsgrad / Zellen (praktisch)
Abmessungen Standard-Modul
Anzahl der Module
Abmessungen / PV-Zelle
Polykristalline Solarzellen,
EFG 100 x 100 mm
ASE (heute RWE Solar)
Staint-Gobain Glass Solar, Aachen
90°
SSW (Süd -65°)
nein
14 %
13 %
1,97 m x 1,43 m
18 Stück
100 x 100 mm
204 Stück
9 mm / 5 cm (Modulabstand)
51 m 2 (1,95 m x 1,40 m x 18)
36,8 m 2 (0,1 x 0,1 m x 204 x 18)
dunkelblau / polykristalline Struktur
5,04 kWpeak
ca. 3.015 kWh/a
7,30 % [bez. auf akt. Zellenfläche]
10,12 % [bez. auf Modulfläche]
598 kWh / (kWp x a) [1. BA]
Polykristalline Solarzellen,
EFG 100 x 100 mm
ASE (heute RWE Solar)
Staint-Gobain Glass Solar, Aachen
90 °
SSW (Süd -65°)
nein
14 %
13 %
1,97 m x 1,43 m
45 Stück
100 x 100 mm
TOBIAS GRAU / HAMBURG
B.2
¬ Zellenanzahl / Modul
¬ Abstand Zellen / Module
¬ PV-Modulfläche (F) / Fassade S
¬ Aktive Zellenfläche (Fass.)
¬ Farbe der Solarzellen
¬ Nennleistung (2. BA)
¬ Erzeugte Energie / Jahr
¬ Effizienz F (Fläche) / Leistung kWp
¬ Effizienz F (Fläche) / Leistung kWp
¬ Spezifischer Jahresertrag [kWh/a] / kWp
[Fassade / Süd-West-Orientierung]
204 Stück
9 mm / 5 cm (Modulabstand)
128 m 2 (1,95 m x 1,40 m x 45)
91,8 m 2 (0,1 x 0,1 m x 204 x 45)
dunkelblau / polykristalline Struktur
13,005 kWpeak
ca. 7.785 kWh/a
7,06 % [bez. auf akt. Zellenfläche]
9,84 % [bez. auf Modulfläche]
598 kWh / (kWp x a) [2. BA]
Basisdaten A+B Fassade (Süd-Orientierung)
¬ PV-Typ /
Polykristalline Solarzellen,
EFG 100 x 100 mm
¬ Hersteller / Zellen
ASE (heute RWE Solar)
¬ Hersteller / Module
Staint-Gobain Glass Solar, Aachen
¬ Neigung der Module
90 °
¬ Ausrichtung
SSW (Süd -65°)
¬ Abschattung
nein
¬ Wirkungsgrad / Zellen (optimal)
14 %
¬ Wirkungsgrad / Zellen (praktisch)
13 %
¬ Abmessungen Standard-Modul
1,97 x 1,43 m
¬ Anzahl der Module
63 Stück (Gesamt)
¬ Abmessungen / PV-Zelle
100 x 100 mm
¬ Zellenanzahl / Modul
204 Stück
¬ Abstand Zellen / Module
9 mm / 5 cm (Modulabstand)
¬ PV-Modulfläche (F) / Fassade
179 m 2 (Gesamt)
¬ Aktive Zellenfläche (Fass.)
129 m 2 (Gesamt)
¬ Farbe der Solarzellen
dunkelblau / polykristalline Struktur
¬ Nennleistung (1.+2. BA)
18,05 kWpeak
¬ Erzeugte Energie / Jahr
ca. 10.800 kWh/a
¬ Effizienz Leistung / Fläche
100 Wp/ m 2
¬ Effizienz F (Fläche) / Leistung kWp
7,15 % [bez. auf akt. Zellenfläche]
¬ Effizienz F (Fläche) / Leistung kWp
9,92% [bez. auf Modulfläche]
¬ Spezifischer Jahresertrag [kWh/a] / kWp
598 kWh / (kWp x a)
[Fassade / Süd-West-Orientierung]
Modultyp PROSOL Typ A
Abmessungen (BxH)
k-Wert
Leistung
Modulgewicht
Belegung
1,433 x 1,970 mm (1. BA)
1,434 x 1,972 mm (1. BA)
1,5 W/m2 K
280 Wp (1. BA) / 289 Wp (2. BA),
+/- 10% STC
ca. 115 kg
204 Zellen (pro Modul)
B.2 / 7
B.2
GIPV-BEISPIELE in Europa
Deutschland
Zellenart
Zellengröße
Zellenabstand: horizontal / vertikal
Stückzahl
Alternativ
¬ Ausrichtung Fassadenmodule
¬ Erzeugte Energie / Jahr
Polykristallin, EFG Zelle
100 x 100 mm
9 mm / 9 mm
18 Stück (1. BA) +
45 Stück (2. BA ) [3]
SSW-Ausrichtung, ca. Süd -65°
ca. 10.800 kWh/a
5) Kosten
Kosten ca. 58.000 DM für komplette PV-Installation
[ohne Module und Fassade]
Photovoltaik Kosten pro m2: 2.000 Euro
(Angabe lt. Fassadenhersteller)
ERGEBNISSE DER STUDIE
Der Spezifische Jahresertrag der Anlage [598 kWh/(kWp x a)] liegt geringfügig
über dem Durchschnitt der Vergleichsbeispiele für Fassadenintegrationen
[553 kWh/(kWp x a)]. Es handelt sich um einen nördlichen Standort im Vergleich
der restlichen Projket (Hamburg: 53,38° N) und um eine sehr große Abweichung
von der idealen Ausrichtung (Süd -65°). Ferner wurde die PV-Anlage im Winkel von 90° in die Fassade interiert (starr, nicht dem Sonnenstand nachgeführt)
und es wurden Isolierglasmodule verwendet, die Verluste durch Erwärmung der
Solarzellen und der Module aufweisen können und sich somit negativ auf die zu
erzielenden Jahresenergieerträge auswirken können. Es treten jedoch keine feststellbaren Verschattungen der PV-Module durch Nachbargebäude oder Vegetation
auf.
Zum Vergleich des erzielten Wertes für die Performance Ratio [PR] (90%) zu den
restlichten Projekten, siehe Kapitel 4 und 5, sowie die Graphik [PR] A in
Kapitel 4. Der PRhoriz -Wert ist in der Graphik [PRhoriz] A in Kapitel 4 dargestellt, sowie der Vergleich der beiden PR-Werte in der Überlagerungsgraphik. Zu
den Erläuterungen der PR-Werte und deren Vorraussetzungen, siehe Kapitel 4.
LITERATUR / TOBIAS GRAU
Prospekt Staint-Gobain Glass Solar
Prospekt Frener + Reifer, Brixen, Italien
Gestalten mit Solarzellen, Susanne Rexroth
Müller Verlag, 2002, S. 38
Bücher
BIBLIOGRAPHIE
[1]
[2]
8 / B.2
BRT Architekten, Projekt-Beschreibung, S. 1
BRT Architekten, Projekt-Beschreibung, S. 2
TOBIAS GRAU / HAMBURG
B.2
[3]
Wennemuth Elektrotechnik, Informationsblätter
ADRESSEN
B.2
TOBIAS-GRAU-Gebäude, Hamburg
Ferner & Reifer, Brixen
Wennemuth Elektrotechnik, Hamburg
BRT Architekten, Hamburg
Bothe Richter Teherani Architekten
Tobias Grau Firma, Hamburg
B.2 / 9
BP-PAVILLON / PORT TALBOT
48° 70` N / B.3
B.3
GIPV-BEISPIELE in Europa
2 / B.3
England
BP-PAVILLON / PORT TALBOT
B.3
BP - PAVILLON
Solar Showcase
B3. PORT TALBOT, U.K.
52° 45` N Dachintegration, 1998
Projekt
Solar Showcase, BP-Pavillon, BP Solar
für G8 Gipfel-Treffen (Birmingham/1998)
Port Talbot [in der Nähe von Birmingham],
United Kingdom
Standort
Architekten
Bauherr
Gebäudetechnik
Tragwerksplanung
Anlagen-Nennleistung
Arup Associates, Architekten und Ingenieure von
Ove Arup Partnership
BP Solar, UK / Endkunde: Baglan Park Energy Park
Ove Arup Partnership, BP Solar
Ove Arup Partnership
15 KWp (insgesamt)
Erzeugte Energie /Jahr
Ausführungsjahr
12.000 kWh/a
Mai 1998
Gebäudedaten
Konstruktionsfläche
Gesamtkosten
Gebäudenutzung
Neu/Altbau
Photovoltaik
PV-Typologie
PV-Fläche
Zellentechnologie-Typ
Hersteller
Orientierung
Wirkungsgrad (Solarzellen)
Wirkungsgrad (Solarmodule)
Projektnummer (BP)
ca. 108 m2
US$ 375.000 (Kosten des Projektes)
Ausstellungs- und Konferenzgebäude
Nutzung erstmals für G8-Gipfel in Birmingham
Neubau
Netz-Anschluß
114,4 m2
Hocheffiziente monokristalline
Saturn-Technologie in Laminat-Ausführung
(BP 585)
BP Solar
Temporäres Gebäude - variabel (Show-Room)
Optischer Eindruck steht im Vordergrund
ca. 17% (Saturn-Technologie)
ca. 12%
B 0010
Veröffentlichungen
- Photon Sept, Oktober 1998
- Präsentationsbroschüre BP Solar
Abbildungen
Ansichten / Projektfotos
B.3 / 3
B.3
GIPV-BEISPIELE in Europa
England
1) Beschreibung
¬ Allgemein
Im März 1998 wurde das Projekt initiiert: Das britische Außenministerium lud
die BP-Gruppe ein, auf dem G8-Gipfel in Birmingham „britische Innovation“
zu demonstrieren. Daraufhin wurde die Tochter des Konzerns, BP Solar, aufgefordert, einen Ausstellungspavillon zu bauen. Das Unternehmen beauftragte
die Photovoltaikingenieure des Büros Ove Arup & Partners, einen Prototyp zu
entwerfen, der beispielhaft darstellen sollte, „wie Photovoltaik-Module in ein
energieeffizientes Design für private und kommerzielle Gebäude eingebunden
werden können“.
[Präsentationsblatt/ BP-Solar, Solar Showcase, S. 1]
¬ Kurzbeschreibung
Das `Solar Showcase´ ist eine gebogene Konstruktion von 9 m x 12 m und einer
Höhe von 8,5 m, mit 176 integrierten Solarmodulen.
Die Konstruktion erlaubt durch ihre Ausrichtung nach Süden eine optimale
Nutzung der Einstrahlung und gleichzeitig eine Abschattung der Innenräume,
wobei zwei Wärmerückgewinnungssysteme das Gebäude mit Wärme versorgen.
Die erzeugte Energie liefert den Strom für Beleuchtung , Haustechnik und die
allgemeine elektrische Versorgung. Der darüber hinaus produzierte Strom wird
tagsüber in das öffentliche Netz eingespeist und wird nachts daraus versorgt, um
Defizite auszugleichen.
[Präsentationsblatt/ BP-Solar, Solar Showcase, S. 1]
Es handelt sich um ein auf- und wieder abbaubares Gebäude, das zum o.g.
Anlaß entworfen wurde und hauptsächlich einen Demonstrationsprospekt für
Gebäudeintegration von Photovoltaik darstellt, (siehe unten, Zitat von BP).
¬ Warum Photovoltaik
Zum Gesamtkonzept der Anlage, in der das Solar Showcase erstmals aufgebaut
wurde: „Der Baglan Bay Energy Park soll ein Zentrum für umweltfreundliche
Energieerzeugung werden und nichts eignet sich besser, dem interessierten
Besucher den Nutzen der Photovoltaik zu demonstrieren, als ein mit Solarstrom
versorgtes Gebäude. Das Solar Showcase zeigt, wie moderne Methoden der
Energieeinsparung bei Niedrigenergiehäusern oder Bürogebäuden angewandt
werden können.“ (BP, 1998) [1]
[Präsentationsblatt/ BP-Solar, Solar Showcase, S. 1]
„Die Konstruktion erlaubt durch ihre Ausrichtung nach Süden [in dem Falle der
Aufstellung in Port Talbot, in der Nähe von Birmingham im Rahmen des G8Gipfeltreffens, ansonsten ist die Aufstellungsorientierung variabel, entsprechend der Ortsgegebenheiten und -bedingungen] eine optimale Nutzung
der (Sonnen-) Einstrahlung und gleichzeitig eine Abschattung der Innenräume,
wobei zwei Wärmerückgewinnungssysteme das Gebäude mit Wärme versorgen
[siehe Energiekonzept]. Die erzeugte Energie liefert den Strom für Beleuchtung,
Haustechnik und die allgemeine elektrische Versorgung. Der darüber hinaus produzierte Strom wird tagsüber in das öffentliche Netz eingespeist und wird nachts
daraus versorgt, um Defizite auszugleichen.“ [1]
[Präsentationsblatt/ BP-Solar, Solar Showcase, S. 1]
4 / B.3
BP-PAVILLON / PORT TALBOT
B.3
¬ Besondere Herausforderung
Das `Solar Showcase´ wurde in nur acht Wochen in enger Teamarbeit entwickelt
und gebaut. Eine Kombination aus innovativem Gebäudedesign und verschiedenen energiesparenden Technologien trägt wesentlich zu dem Erfolg dieses
Projektes bei. Ferner gibt es zusätzlich zu den Solarmodulen im `Solar Showcase´ Energiesparlampen, Wärmeschutzverglasung, Wärmedämmung unter den
Fußböden sowie ökologisches Baumaterial. [1]
[Präsentationsblatt/ BP-Solar, Solar Showcase, S. 1]
2) Gestalt
¬ `In acht Wochen von der Idee zum Bauwerk´
„In Teamwork wurde seit Anfang April im Rekordtempo die Planung erarbeitet.
Arup Associates, die Architekten und Ingenieure von Ove Arup Partnership, entwarfen zusammen mit den Fachingenieuren für Photovoltaik, Fassadenplanung,
Akustik und Informationstechnologie zwei Grundkonzeptionen: einen idealen
Ausstellungspavillon mit aufgeständerten Solarmodulen sowie einen zweiten
Entwurf, bei dem die Sonne selbst die treibende Kraft war. Das Design ist von
der Idee geleitet, zu jeder Jahreszeit möglichst viel Solarenergie zu gewinnen
und einen nahezu konstanten Stromertrag zu liefern. Eine doppelt gekrümmte
Fläche wäre dazu ideal gewesen. Angesichts des Zeitrahmens besann man sich
jedoch, daß eine einfach gekrümmt und um 45 Grad nach Süden geneigte
Fläche ebenfalls gute Erträge erzielt und sehr viel einfacher zu bauen ist. Man
beschloß, dieses Konzept umzusetzen. Das große Süddach hält wie ein Sonnenschirm die Einstrahlung sowohl vom Innenraum als auch von den Seitenwänden
fern, um Überhitzung zu vermeiden. Bereits in der zweiten Woche war die
3-D-Zeichnung fertig.“ [1]
[Photon, Sept.-Oktober, 1998, S. 52]
¬ Konstruktion
„Die Konstruktion beruht im wesentlichen auf einem Holzleimbau, unterstützt
nur von dünneren Stahlseilen. Die Gründe für die Wahl von Holz lagen nicht nur
in dessen Umweltverträglichkeit, sondern vor allem darin, daß Brettschichtholz
in ähnlich schlanken Profilen wie Stahl verbaut werden kann, aber sehr viel einfacher - auch noch vor Ort - zu bearbeiten ist. Ein Stahlbau erschien im knappen
Zeitrahmen zu riskant, da kleine Anpassungen am Bau bei Stahl fast unmöglich
sind. Low-Technology mit einem High-Tech-Resultat war das Ziel.“
In der dritten und vierten Woche wurden alle Holzteile gefertigt. Die Seitenwände bestehen aus einem Brettschichtholz-Rahmen, an dem die Isolierglasscheiben mit einem einfachen System aus aufgelegten Gummidichtungsprofilen
und Schrauben befestigt werden. Die Dachkonstruktion wird aus drei gebogenen Holzleimbauträgern gebildet, die von stählernen Zugseilen unterspannt
werden. Ebenso die Dachfläche und die Eingangsfassade wird von Stahlseilen
stabilisiert. Die Dachhaut besteht im Inneren aus Holzplatten, einer Luftschicht
zur Kühlung der Photovoltaik-Elemente, sowie zur Gewinnung von Abwärme.
Für die Photovoltaikanlage wurden rahmenlose Standardmodule (Laminate) mit
schlanken Aluminiumprofilen zur wasserdichten Dachhaut verbunden.
In der fünften Woche begann bereits die Konstruktion. Acht verschiedene
B.3 / 5
B.3
GIPV-BEISPIELE in Europa
England
Baufirmen arbeiteten jetzt bis zur Fertigstellung an sieben Tagen in der Woche
in 12-Stunden-Schichten. Recycelte Bahnschwellen dienten als Fundamente. Das
Holz der Seitenwände wurden jeweils in drei vorgefertigten Teilen angeliefert und
auf der Baustelle mit Bolzen und Leim verbunden. „Die Holzträger der Dachkonstruktion wurden aufgesetzt und die Stahlseile verspannt.“ [2]
[Photon, Sept.-Oktober, 1998, S. 52-53]
3) Fakten / Projektdaten
Lageplan und Diagramm der Sonneneinstrahlung
Es ist kein Lageplan vorliegend - da es sich um ab- und wiederaufbaubares Gebäude handelt, an dem die Gebäudeintegration von Photovoltaik veranschaulicht
werden soll.
PORT TALBOT (UK)
¬ Breitengrad
Meereshöhe
¬ Globalstrahlung / a
¬ Sonnenstunden
¬ Topographie
¬ Verschattung:
Äußere Einflüsse
¬ Ausrichtung
¬ Energiekonzept
52° 45´ N (Nähe Birmingham)
keine Angaben
ca. 910 kWh/m2 a *
keine Angaben
Variabel, s.u.
keine Verschattung durch Bäume oder Nachbargebäude / Dachintegration - temporäres Gebäude !
keine Angaben
N-S Ausrichtung des Gebäudes (für Birmingham) /
Photovoltaik ist südorientiert; der Pavillon ist wieder
abbaubar, somit Änderung der Richtung möglich.
Die Photovoltaik ein Teil des weiteren Gesamtener
giekonzeptes (s.u.)
* Jährliche Globalstrahlung aus dem Meteonorm Programm (Version 4.0) in kWh/m2 a
[Einstrahlung auf die horizontale Fläche]
¬ Energiekonzept
Das netzgekoppelte 15-kW-System ist dementsprechend ausgelegt, daß es den
gesamten Strombedarf für elektrische Geräte, Ventilatoren und Beleuchtung
deckt. Es sind jeweils acht Module sind in Reihe geschaltet und mit einem Stringwechselrichter verbunden. 22 dieser Strings sind parallel in Reihe geschaltet und
werden bei „240 Volt auf drei Phasen des öffentlichen Stromnetzes geschaltet.
Die Seitenwände bestehen aus einem Low-E-Glas mit niedrigem k-Wert.“
Es wurden zwei Wärmegewinnungs- und Rückgewinnungssysteme installiert:
Eines hiervon nutzt die Abwärme der Photovoltaik-Elemente und Wechselrichter.
Die erwärmte Luft aus der Luftschicht zwischen PV-Paneel und Innenverkleidung
wird mit einem Ventilator durch einen Luftschacht nach unten in eine Luftkammer in der Nähe des Eingangs geführt. Der Luftschacht wird aus der Fassadenverglasung außen und einer Kunststoff-Folie innen gebildet. Die erwärmte
Luft wird von der Luftkammer aus entweder ins Gebäudeinnere oder nach außen
geleitet. In der gleichen Art wird warme Luft aus der oberen Spitze des Innen-
6 / B.3
BP-PAVILLON / PORT TALBOT
B.3
raumes abgesaugt und in einem zweiten Luftschacht nach unten geführt. Falls
die warme Luft nicht sofort im Innenraum benötigt wird, führt man sie durch
ein System unterhalb der Fußbodenkonstruktion. In einem Kiesbett sind dort
Drainage-Rohre aus Ton verlegt. Die erwärmte Luft strömt hier hinein, verteilt
sich durch die Öffnungen der Drainage und schließlich durch „Wirbelstrom-Bodenauslässe“ im Raum. [3]
Das angelegte Kiesbett dient zur Erhöhung der thermischen Masse des Gebäudes
und tägliche und jahreszeitliche Temperaturschwankungen sollen durch dessen
Speichermasse ausgeglichen werden.
„Das Verhältnis von gläsernen und massiven Fassadenteilen, sowie der Dämmwert der gesamten Hülle soll in diesem Entwurf der jeweiligen Nutzung, dem Ort
und dem Klima entsprechend variiert und angepaßt werden. Insofern versteht
sich der Pavillon als prototypische Entwicklung mit einem flexiblen Bausystem,
das weitere Möglichkeiten zur Energieeinsparung oder Gewinnung in sich trägt.“
[Ein Regenwassernutzungssystem ist ebenfalls bereits im Energiekonzept integriert worden.] [3]
[Photon, Sept.-Oktober, 1998, S. 53]
4) Zelle / Photovoltaik-Beschreibung
Allgemein
¬ Erscheinungsbild: opak - Dachintegration
Es handelt sich bei den gewählten Solarzellen um monokristalline, dunkelblaue
Zellen, basierend auf der sogenannten „Saturn-Technologie“, entspricht dem
Prinzip der „buried contact“ Solarzelle (mit verborgenen / versenkten Kontakten
zur Verminderung der Verschattungsverluste auf der Vorderseite der Zelle; nähere
Details und Abbildungen siehe Anhang B). Die Module sind in einer Laminatausführung hergestellt (BP 585) und weisen eine opake Struktur auf, es ist somit
kein Durchblick durch die Photovoltaikfläche möglich.
Die Fläche eines Photovoltaikmoduls entspricht 0,65 m2 mit einer Leistung pro
Modul von 85 Wpeak. Insgesamt wurden 176 Module integriert, mit einer Gesamtleistung (Nennleistung) der Anlage von 15 kWp und einer durchschnittlich
erzeugten Energie pro Jahr von 12.000 kWh/a.
¬ Orientierung der PV: Süd
Die leicht gewölbte Dachkonstruktion ist im 45°-Winkel geneigt, zur Optimierung der einfallenden Sonneneinstrahlung. Da es sich um ein temporäres,
wieder abbaubares Gebäude handelt, kann die Orientierung entsprechend der
Ortsgegebenheiten von dieser Optimalausrichtung nach Süden variieren. Die
leicht gebogene Dachfläche entspricht, bei korrekter Aufstellung, dem täglichen
Sonnenverlauf.
Photovoltaik-Basisdaten
DACH / SÜD-Ausrichtung
¬ PV-Typ /
¬ Hersteller
Hocheffiziente monokristalline
Zellen / Saturn-Technologie
Laminat-Ausführung (BP585)
opake Struktur
BP Solar, UK
B.3 / 7
B.3
GIPV-BEISPIELE in Europa
¬ Neigung des Daches / PV
¬ Ausrichtung PV
England
45°
Süd-Ausrichtung - meist gewählt
(Orientierung variabel, da temporäres
Gebäude)
¬
¬
¬
¬
¬
¬
¬
¬
¬
¬
Wirkungsgrad der Zellen
Wirkungsgrad der Module
PV-Fläche (F) / Dach-Süd
Fläche eines Standardmoduls
Anzahl der Solarmodule
Farbe der Solarzellen
Leistung / Module
Gesamtleistung (Nennleistung)
Erzeugte Energie/Jahr
Effizienz F / kWp
¬ Effizienz pro m2 Leistung / F
¬ Spezifischer Jährlicher Ertrag
[kWh/a] / [kWp]
[Süd-Dachfläche] [1]
Alternativ
¬ Ausrichtung Fassadenmodule
¬ Globalstrahlung / a
ca. 17% (STC)
ca. 12% (nur Richtwert, bzw. Mittelw.)
114,4 m2 (Modulfläche)
ca. 0,65 m2
176
dunkelblau
85 Wpeak
15 kWpeak
12.000 kWh/a (Durchschnitt)
7,63 %
131,12 W/ m2
800 kWh / (kWp x a)
variable Aufstellung möglich
ca. 910 kWh/m2 a* (Mittelwert)
* Jährliche Globalstrahlung aus dem Meteonorm Programm (Version 4.0) in kWh/m2 a
[Einstrahlung auf die horizontale Fläche]
5.
KOSTEN
Kosten des Projektes
US$ 375.000
Kosten eines Moduls
ca. 800 DM (Herstellerangaben)
Zur weiteren Aufschlüsselung der Kosten liegen keine Angaben vor.
GESAMTBEWERTUNG
Der BP-Pavillon ist (wie bereits erwähnt) mehrmals auf und wieder abgebaut worden. Da es sich um einen Show-Room handelt, geht es - laut Hersteller (BP Solar
Hamburg) - nicht um den Energieertrag, sondern um die visuelle Darstellung der
Photovoltaikintegration. [4]
(S. Mülle
, BP Solar, Hamburg)
ERGEBNIS DER PROJEKTSTUDIE
Nach Auswertung und Vergleich der erstellten Projektstudie der Disseratation kann
festgestellt werden, daß der erzielte Spezifische Jahresertrag des Projektes mit
einem Wert von 800 kWh/(kWp x a) geringfügig über dem ermittelten Mittelwert
8 / B.3
BP-PAVILLON / PORT TALBOT
B.3
sämtlicher Vergleichsprojekte der Studie für PV-Dachintegrationen liegt [Mittelwert: 797 kWh/(kWp x a)].
Die optimale Ausrichtung [im untersuchten Fall der Aufstellung in Port Talbot,
bei Birmingham in England], sowie die Neigung der PV-Module von 45° und die
Wahl der dunkelblauen monokristallinen Saturnzellen unterstützen die erzielten
Energieerträge der Photovoltaik positiv. Der Einsatz der von BP patentierten
Solarzellen mit der sog. Saturn-Technologie steigert durch die verminderten
Verlustquellen der Zellen die möglichen erzielbaren Jahreserträge [hier: den
Spezifischen Jahresertrag, der zum `objektiven´ Vergleich der Produkte, neben
der Performance Ratio, herangezogen wurde]. Die Tatsache, daß keine Verschattungen bzw. tageszeitlich bedingte Teilverschattungen der PV-Modulfläche
auftreten, ermöglicht trotz des im Vergleich nördlich gelegenen Standort einen
durchschnittlichen Spezifischen Jahresertrag der PV-Anlage.
Zu der Auflistung und graphischen Darstellung [in Form eines Balkendiagrammes] der verschiedenen Faktoren, die Einfluß auf die Photovoltaikergebnisse haben, siehe Kapitel 4 im Vergleich zu den restlichen Projekten der Studie.
Zu den Erläuterungen und den erzielten Werten der Performance Ration [PR]
und [PRhoriz] siehe Kapitel 4 und 5, sowie die Graphiken [PR] A und Graphik
[PRhoriz] A, sowie die Überlagerungsgraphik der beiden Werte, jeweils in
Kapitel 4.
BIBLIOGRAPHIE / BP PAVILLON
[1]
[2]
[3]
[4]
Präsentationsblatt/ BP-Solar, Solar Showcase, S. 1
Photon, Sept.-Oktober, 1998, S. 52-53
Photon, Sept.-Oktober, 1998, S. 53
Stellungnahme Stefan Müller, BP Solar, Hamburg
B.3 / 9
SERVICE-PAVILLON / STEINHUDER MEER
52° 40` N / B.4
B.4
GIPV-BEISPIELE in Europa
2 / B.4
Deutschland
SERVICE-PAVILLON / STEINHUDER MEER
B.4
EXPO PROJEKT 2000
BADEINSEL STEINHUDE
B.4 STEINHUDER MEER
52° 40` N Dachintegration
Projekt
EXPO 2000 -Projekt / Badeinsel Steinhude /
Servicegebäude und Solarboottankstelle
Steinhuder Meer, Niedersachsen, Deutschl.,
EMR Energie- und Umwelt Boulevard
Standort
Architekten
Bauherr
GmbH,
Technische Konzeption
GmbH,
Gebäudetechnik
Randall Stout Architects, Inc., Los Angeles,
U.S.A. mit Hartwig Rollkötter / Archimedes
Bauplanungsgesellschaft mbH, Bad
Oeynhausen
EMR Elektrizitätswerk Minden-Ravensberg
Bad Oeynhausen
Planung
Ausführungsjahr
SFH Institut für Solarenergieforschung
Hameln-Emmerthal; Dirk Tegtmeyer
Elektrizitätswerk Minden-Ravensberg
GmbH, Herford (EMR-Gruppe)
Energiekonzepte und Engineering:
Hans-Jürgen Kötter, Dirk Rabeneck
keine Angaben
15 kWp
12.000 kWh/a (Photovoltaik)
4.500 kWh/a (Solaranlage)
03/1998 - 04/1999
09/1999 - 06/2000
Gebäudedaten
Fläche BGF
Rauminhalt
Gesamtbaukosten
Gebäudenutzung
305 m2
1.915 m3
ca. 1,6 Mio. DM; 820.000 Euro
Kommerziell / Neubau
Tragwerksplanung
Nennleistung/PV
Erzeugte Energie / Jahr
Photovoltaik
PV-Typologie
Anwendungstyp
Anlagentechnik
Fläche / PV
Zellentechnologie-Typ
Hersteller
Investitionsvolumen PV
Solarkollektoren
Fläche/Vakuumkollektoren
Besonderheiten
Netz-Anschluß
Dachintegration [verschiedenen Neigungen]
Glas-Glas-Laminate / Strangwechselrichter
155 m2
Polykristalline Siliziumzellen / semitransparent
Solon AG, Berlin
0,38 Mio. DM
8 m2
Registriertes Projekt der EXPO 2000;
Bestandteil des EMR Energie- und
UmweltBoulevard
B.4 / 3
B.4
GIPV-BEISPIELE in Europa
Veröffentlichungen
Zeitschriften
Prospekte
Bücher
Abbildungen
Deutschland
• Intelligente Architektur 2000, Nr. 24
[Sept./Okt.]
• Intelligente Architektur 2000, Nr. 23
[Juli / Aug.]
• Solon AG, Berlin
• IB Mencke & Tegtmeyer
• EMR „Energie- und Umwelt Boulevard“ /
`Sonne und Wind - reif für die Insel´ /
Autarke Energieversorgung der Badeinsel `Steinhuder Meer´
• Gestalten mit Solarzellen
(Susanne Rexroth),
- Lageplan / Luftbild
- Grundriß / Schnitt / Ansicht / Innenraum
1) Beschreibung
¬ Badeinsel Steinhude
Das Steinhuder Meerbefindet sich in der Nähe von Hannover und ist ein beliebtes
Naherholungsgebiet in Niedesachsen. Der natürliche See stellt Nordwestdeutschlands größten Binnensee und „maritimes Freizeitparadies“ dar.
„Auf der Badeinsel im Steinhuder Meer entstand im Zusammenhang mit der Expo
2000 in Hannover ein futuristisches Gebäude, das mit Bootshaus, Cafeteria, Umkleideräumen und sanitären Einrichtungen ein Service-Center für Wassersportler
wird.“ Ein ehrgeiziges Ziel stellte die autarke Energieversorgung der Badeinsel dar.
Es wurde angestrebt, daß sie ausschließlich mit Sonnenenergie und Biomassenenergie versorgt werden sollte.
[‚Susanne Rexroth, „Gestalten mit Solarzellen“, S. 117] + [Prospekt, IB Mencke & Tegtmeyer]
Die Badeinsel am Südstrand des Steinhuder Meeres ist ein natürliches Eiland im
See und größtenteils unbebaut. Die 46.000 m2 große Fläche ist in vier Hauptnutzungsbereiche aufgeteilt: dem Badestrand, einem Sportplatz, einer Veranstaltungswiese und einem Naturpfad mit Kinderspielplatz. Eine Fußgängebrücke
verbindet die Insel mit dem Festland. [1], [2]
[‚Susanne Rexroth, „Gestalten mit Solarzellen“, 2002, S. 117-118] + [Prospekt, IB Mencke & Tegtmeyer]
¬ Allgemein / Projekt
Das Projekt Servicepavillon und die Solarboottanktstelle befinden sich auf des
Badeinsel des Steinhuder Meeres. Mit diesem Projekt wurde der Versuch gemacht,
den Eingriff in die Umgebung durch öffentliche Einrichtungen zu minimieren. „Das
größte Element dieses Projektes ist ein multifunktionales Dienstleistungsgebäude
mit Café, Bootshaus, Lagerräumen und sanitären Einrichtungen. Die elektrische
und thermische Energie wird direkt vor Ort aus erneuerbaren Energien erzeugt.
Der Hauptanteil der elektrischen Energie wird von einem 15 kWp-PV-Generator
geliefert, welcher in einstrahlungsarmen Zeiten von einem Rapsöl-Blockheizkraftwerk unterstützt wird (5 kW elektrische, 12 kW thermische Leistung).“ Zur
Erwärmung des Brauchwassers wurde eine Solaranlage mit Vakuumröhrenkollektoren integriert. [2]
[Prospekt, IB Mencke & Tegtmeyer, Hameln, Badeinsel Steinhude]
4 / B.4
SERVICE-PAVILLON / STEINHUDER MEER
B.4
„Der neue Servicepavillon folgt auf ein vorhandenes Kiosk- und Sanitärgebäude.
Im Juni 2000 wurde er mit annähernd 300 m2 Bruttogeschoßfläche eröffnet. Für
das Kleinod investierten die EMR rund 820.000 Euro.“ [1]
[‚Susanne Rexroth, S. 118]
¬ Besonderheiten
„Die Badeinsel Steinhude ist Teil des EMR (Betreiber: Elektrizitätswerke MindenRavensberg GmbH) Energie- und Umweltboulevard, einem registrierten weltweiten Projekt der EXPO 2000.“ [2]
[Prospekt, IB Mencke & Tegtmeyer, Hameln, Badeinsel Steinhude]
(Ferner stehen sechs Solarfreizeitboote für die Besucher im Verleih direkt am Steg
des Servicepavillons zur Verfügung.)
2) Gestalt
¬ Veröffentlichungen / Zitate
Susanne Rexroth beschreibt das Projekt mit folgenden Worten:
„Die Architekten Randall Stout, Los Angeles, und Hartwig Rollkötter (Archimedes), Bad Oeynhausen realisierten eine abstrakte, freie Form, die vielleicht ein
Fabelwesen aus dem See haben könnte, das seinen Ruheplatz am Ufer eingenommen hat und übers Wasser blickt. Vom Café und der Aussichtplattform im
„Kopf“ des Gebäudes richtet sich der Blick des Besuchers über das Steinhuder Meer; die Serviceräume sind zum Land hin orientiert. Hier ist das Gebilde
eingeschossig, während sich der „Kopfbau“ zum Wasser über vier Geschosse
erstreckt.“
[Susanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 118]
Sie fährt zur Gestaltung des Gebäudes fort: „Im Tageslicht fällt die polyforme
Gestalt durch die kontrastreiche Fügung von „harten“ Materialien auf. Holz,
transluzente Wandelemente, Glas und Metall bestimmen die Oberflächen der
vielzähligen schiefen und gekrümmten Ebenen. Der Ausbau mit „unveredelten“
Materialien wie OSB und poliertem Estrich zeigt die Nähe zur Umgebung: Wasser und Wald. In der Dunkelheit verwandelt sich der regelmäßige Baukörper in
einen bizarren, von innen schimmernden Kristall.“ [1]
[Su
sanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 118]
3) Fakten / Projektdaten
STEINHUDER MEER
¬ Breitengrad
¬ Globalstrahlung / a
¬ Sonnenstunden
¬ Topographie:
¬ Verschattung:
¬ Ausrichtung
52° 40´ N / 9° 41´ E
987 kWh/m2 a * [Mittelwert von 1981-2000]
keine Angaben
Ebene / direkt am Binnensee gelegen
keine Verschattung durch Bäume oder
Nachbargebäude/
Dachintegration der Photovoltaik
O-W-Ausrichtung des Gebäudes
Die Photovoltaik ist südorientiert /
Dach: 30° Neigung / semitransparente Module: PV
dient ebenso als Sonnenschutz
B.4 / 5
B.4
GIPV-BEISPIELE in Europa
¬ Energiekonzept
Deutschland
Vision einer autarken Energieversorgung der Insel
(war jedoch nicht komplett realisierbar) /
Existierendes Gesamtenergiekonzept, siehe unten.
* Globalstrahlung als Mittelwert der Jahressummen von 1981-2000 in kWh/m2 a
Einstrahlung auf die horizontale Fläche [Quelle: Photon Spezial 2002, S. 109]
¬ Das Energieversorgungssystem
Die angestrebte energieautarke Inselversorgung blieb eine Vision, da eine komplett netzunabhängige Versorgung nicht realisiert werden konnte. (Der Pächter
des Gastronomiebereichs strebte eine uneingeschränkte, ständig gesicherte
Energiebedarfsdeckung an und lehnte Abstriche im Energieverbrauch ab.) Somit
wurde eine netzgekoppeltes Photovoltaiksystem realisiert, um durch das
öffentliche Netz des Energieversorgungsunternehmens Energie- und Lastspitzen
abdecken zu können. Die Erwärmung des Brauchwassers - für Duschen und die
Bistroküche - erfolgt durch drei insgesamt 8 m2 große Vakuumröhrenkollektoren.
Der Vorteil der Vakuumkollektoren ist, daß diese - im Gegensatz zu Flachkollektoren mit Rahmen und Absorberfläche - direkt in die Fassade integriert werden
können und erhalten somit die Transparenz der Gebäudehülle.
[Die Kollektorröhren können hierbei vielmehr als filigranes Gestaltungselement,
anstelle eines störenden Bauteils, wirken, mit der die Fassade gegliedert und
rhythmisiert wird.] [1]
[Susanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 118]
¬ Vakuumröhrenkollektoren
Der jährliche Energieertrag der Solaranlage wird auf 4.500 kWh geschätzt.
[Durch einen 1.000 l fassenden Brauchwassertspeicher in der Technikzentrale des
Pavillons werden ungleichezeitige Energiebedarf und Energieertrag abgepuffert.]
[1]
[Susanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 118]
¬ Rapsöl-BHKW
„Der Spitzenbedarf an Wärme und Strom wird durch ein BHKW gedeckt, das
mit Rapsölmethylester betrieben wird. Seine elektrische Leistung beträgt 5,3 kW,
seine thermische Leistung liegt bei 10,3 kW.“ Raps als Rohstoff trägt der Umweltentlastung bei, da ein nachwachsendes, heimisches und grundwasserneutrales
Naturprodukt Verwendung findet. [1]
[Susanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 118]
¬ Einsatz von Solar-Freizeitbooten
Das Energiekonzept, das vorwiegend auf den Einsatz von erneuerbaren Energien beruht, wird durch den Einsatz von sechs Solar-Freizeitbooten (für den
Vergleich an Besucher) abgerundet. Sie erreichen bis zu 7 Stundenkilometer. Die
installierten Batterien werden einerseits durch die in den Bootskörper integrierte
PV-Anlage (mit einer Leistung von 200 W je Boot), sowie außerdem durch die
Solarstromanlage des Service-Pavillons aufgeladen.
Die Solarboote verkörpern somit in anschaulicher Weise die Verwendung von
regenerativen Energieträgern und deren Einsatzmöglichkeiten können in das
Bewußtsein der Besucher dringen. (Susanne Rexroth, 2002). [3]
[S
6 / B.4
th, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 120]
SERVICE-PAVILLON / STEINHUDER MEER
B.4
4) Zelle / Photovoltaik-Beschreibung
¬ Allgemeine Beschreibung
•
Reine Dachintegration
•
Synenergie-Effekt: Stromproduktion, verbunden mit Sonnenschutzelementen (Semitransparenz der PV-Module)
•
Semitransparente Elemente gewährleisten dennoch:
gute Belichtung der Innenräume als (teilweise einzige
natürliche) Lichtquelle, siehe Innenraum-Abbildung)
•
Gesamte Neigung/Photovoltaik: 30°
Die in die südlich ausgesichtete Dachhaut des Gebäudes architektonisch integrierte Photovoltaikanlage, stellt - neben der Kollektoranlage - die Besonderheit
des Energieversorgungssystems dar.
Man erwartet von ihrer elektrischen Nennleistung von 15 kWp eine jährliche Einergieerzeugung von circa 12.000 kWh. Der überschüssig produzierte Strom, wird
in das Netz des Energieversorgungsunternehmens EMR eingespeist. (Susanne
Rexroth, 2002).
[Susanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 119]
Die 155 m2 große PV-Anlage erfüllt gleichzeitig folgende Funktionen:
Wetterschutz, Gestaltungselement für das Dach, Tageslichtfilter bzw. Sonnenschutz und Energieerzeugung. [4]
[Susanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 119]
Die semitransparenten Photovoltaikmodule besitzen somit einen Synenergie-Effekt. Die semitransparenten PV-Zellen gewährleisten dennoch eine gute Belichtung der Innenräume - da sie teilweise die einzige natürliche Lichtquelle darstellen.
¬ Erscheinungsbild
•
abstrakte Formen durch „elliptische“ Dachform bedingt
•
interessante Innenraumwirkung durch Verwendung der
semitransparenten Module
•
dennoch schlichtes Erscheinungsbild
•
Photovoltaik wurde optimal in die Dachform integriert und
beide erscheinen als gegenseitig aufeinander abgestimmt
Das äußere Erscheinungsbild der Dachlandschaft ist vor allen Dingen durch die
„freie“ Dachform, sowie durch die integrierten Photovoltaik- und Kollektorelemente bestimmt. Die „Innenraumwirkung“ wird durch die von den semitransparenten PV-Elementen erzeugte Lichtwirkung mitbestimmt (s.u.).
¬ Orientierung der PV
•
Süd-Orientierung
•
leicht unterschiedliche Neigungen des Daches (PV) - entwurfsbestimmt
¬ Konstruktion / Photovoltaikintegration
Susanne Rexroth beschreibt die Konstruktion der Photovoltaikelemente und
deren Integration mit folgenden Worten:
B.4 / 7
B.4
GIPV-BEISPIELE in Europa
Deutschland
„ Die Holzständerkonstruktion aus gebogenen Bindern trägt die 110 rahmenlosen Module. Hierfür wurden die Modulmaße an das Rastermaß der Holzständerkonstruktion angepaßt. Da die Scheiben im Dach eingebaut wurden, waren
die Richtlinien für Überkopfverglasung einzuhalten. Dies erforderte eine Einzelfallzulassung, bei der Bruch- und Resttragfähigkeitsversuche als Nachweis dafür
dienten, dass sich die Solarmodule bei Zerstörung wie Verbundsicherheitsglas
(VSG) verhalten. Die Randabstände der Zellen zur Außenkante wurden mit 42,5
mm an der Längsseite und 83,5 mm an der Schmalseite so festgelegt, dass eine
Verschattung durch die Abdeckprofile verhindert wird.“
[Susanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 119]
Gemeinsam mit den Architekten wurden die Abstände zwischen den Zellen
entwickelt; dabei wurden die im Rauminneren zu erzielenden Lichteffekte, die
Gesamttransparenz und die Leistung des Moduls durch den Zellenbelegungsgrad aufeinander abgestimmt. „Für die Semitransparenz der Module wurden die
Zellen in einem Abstand von 3 mm horizontal und 7 mm vertikal zwischen zwei
Glasscheiben laminiert. 98 Zellen ergeben ein Modul mit einer Leistung von
147 Wp bei den Abmessungen von 830 x 1.700 mm.“ [4]
[Susanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 119]
¬ Anforderungen
Ein Ziel sollte sein, sogenannte Dummies zu vermeiden. Deshalb sollten alle Photovoltaikmodule angeschlossen und elektrisch nutzbar sein. Weiterhin sollten nur
gleichartige Solarmodule in der Gesamtanlage eingesetzt werden und möglicherweise sichtbare Technikkomponenten (wie Verkabelung und Stromverteiler) galt
es zu minimieren. [4]
[Susanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 119]
¬ Verschattungen
Es treten können trotz der optimalen Südorientierung und dem genügend weiten Abstand zu den umliegenden Baumgruppen geringfügige Teilverschattungen
für die integrierte Photovoltaik auftreten.
PHOTOVOLTAIK-BASISDATEN
Basisdaten
DACH (SÜD-Orientierung)
¬ PV-Typ /
Module
¬ Hersteller
¬ Neigung der Module
¬ Ausrichtung / Photovoltaik
¬ Lichtdurchlässigkeit / Module
¬ Abschattung
¬
¬
¬
¬
8 / B.4
Wirkungsgrad (optimal)
Wirkungsgrad (praktisch)
PV-Fläche (F) / Dach
PV-Dach Standardmodul:
Polykristallin / semitransparent
Glas-Glas-Laminate
Solon-AG, Berlin
30° [überall gleiche Neigung]
Süd 0°
ca. 60%
mögliche Teilverschattungen
durch Bäume / jahreszeitlich
bedingt
Keine Angaben
Keine Angaben
155 m 2 [Modulfläche]
830 x 1.700 mm
SERVICE-PAVILLON / STEINHUDER MEER
B.4
¬ Anzahl PV-Dachmodule
¬ Semitransparenz / Abstände
¬ Anzahl der Solarzellen / Modul
¬ Farbe der Solarzellen
¬ Leistung / Modul
¬ Nennleistung
¬ Jahresenergieertrag
¬ Effizienz F (Fläche) / Leistung kWp
¬ Spezifischer Jahresertrag [kWh/a] / [kWp]
[Dach / Süd-Orientierung]
Alternativ
¬ Ausrichtung Dachmodule
¬ Jährliche Globalstrahlung
110 Stück
3 mm horizontal / 7 mm vertikal
98 Zellen
blau
147 Wpeak
15 kWpeak
12.000 kWh/a
Keine Angabe
800 kWh / [kWp x a]
Süd 0°
987 kWh/m2 a
[Mittelwert der Jahressummen von 1981-2000, Einstrahlung auf die
horizontale Fläche, Photon Spezial 2002, S. 109]
¬ Erzeugte Energie / Jahr
Photovoltaikanlage
12.000 kWh/a
Solarkollektoren
4.500 kWh/a
Rapsöl-BHKW
Keine Angabe kWh/a
Gesamte Erzeugte Energie/Jahr
Keine Angabe kWh/a
5) Kosten
Investitionsvolumen Photovoltaik: 0,38 Mio. DM
Zur Splittung der Kosten in Material und Arbeitslohn bzw.
Installationsmaterial sind keine Angaben durch die Firmen
zugänglich.
Gesamtbewertung
Susanne Rexroth drückt eine Gesamtbewertung der vorgestellten Anlage
folgendermaßen aus: „Somit ist die Badeinsel Steinhude nicht nur ein Beispiel
dafür, wie der Freizeitsektor ein wesentlicher Erzeuger der Energienachfrage ist,
sondern wie er auch als Vehikel für den verbreiteten Einsatz von regenerativen
Energien dienen kann.“ [3]
[Susanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, 2002, S. 120]
Kommentar zur Studie
Der erzielte Spezifische Jahresertrages des Projektes Steinhude in der vorliegenden Dissertationsstudie [800 kWh/(kWp x a)] liegt geringfügig unter dem
Durchschnitt sämtlicher Vergleichsprojekte [797 kWh/(kWp x a)] für Dachintegrationen von Photovoltaik (graphische Darstellung in Form eines Balkendiagrammes der verschiedenen Faktoren, mit Kurzerläuterung und Vergleichsmöglichkeit zu den restlichen Projekten siehe Kapitel 4 „Toughness“-Kriterien und
Graphik A, sowie Graphik A/B], trotz optimaler Ausrichtung der Photovoltaikpaneele (Süd 0°). Es handelt sich um Glas/Glas-Module, somit wird eine Erwärmung der Solarzellen und -Module vermindert und die auftretenden Wärmeverluste der erzielten Jahreserträge sind demzufolge geringer als bei Isolierglas-
B.4 / 9
B.4
GIPV-BEISPIELE in Europa
Deutschland
Modulen.
Die Photovoltaikanlage wurde in einem Winkel von 30° in die Dachfläche integriert, es handelt sich jedoch um keine nachgeführte Anlage.
Die Semitransparenz der Module wirkt sich (wie bereits in Kapitel 4 hingewiesen wurde) nicht auf den Spezifischen Jahresertrag aus und macht somit das
Projekt mit den anderen Projekten der Dissertationsstudie vergleichbar.
Es können geringe Teilverschattungen der Photovoltaikmodule durch die nahegelegene Baumgruppe (jahres- und tageszeitlich bedingt) auftreten, welche zu
einer Minderung des Spezifischen Jahresertrages beitragen. Das Projektbeispiel
„Badeinsel / Steinhuder Meer“ befindet sich im Verhältnis zu den übrigen untersuchten Projekten an einem nördlichen Standort [52,40° N]. Zu den PR-Werten
siehe Kapitel 4 und 5, sowie die entsprechenden Graphiken.
LITERATUR / STEINHUDER MEER
Zeitschriften
Prospekte
Bücher
• Intelligente Architektur, Nr. 24 / 2000 / Heft Sept/Okt.
S. 56 ff
• Intelligente Architektur 2000, Nr.23 [Juli / Aug.], S. 6
• Solon AG, Berlin
• IB Mencke & Tegtmeyer
• Susanne Rexroth, Gestalten mit Solarzellen, Müller Verlag,
Heidelberg, 2002, S. 117-120
BIBLIOGRAPHIE / KAPITEL 3
[1]
[2]
[3]
[4]
Susanne Rexroth, „Gestalten mit Solarzellen“, 2002, S. 117-118
Informations-Prospekt, IB Mencke & Tegtmeyer
Susanne Rexroth, „Gestalten mit Solarzellen“, 2002, S. 120
Susanne Rexroth, „Gestalten mit Solarzellen“, 2002, S. 119
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildungen
Susanne Rexroth, S. 117-120
Intelligente Architektur 10/2000, S. 56f
Prospekte von Solon und Mencke & Tegtmeyer
EMR-Prospekt, 2000
ADRESSEN
B.4
Badeinsel, Steinhuder Meer
Ingenieurbüro Mencke & TEGTMEYER
Laubbreite 21, 31789 Hameln / Herr Tegtmeyer (ISFH)
Tel: 05151/ 96.33.68
Fax: 05151/ 96.33.69
E-mail: [email protected]
oder: [email protected]
Elektrizitätswerk Minden-Ravensburg GmbH (EMR)
Mindener Straße 44, D- 32547 Bad Oeynhausen
10 / B.4
Ansprechpartner: Herr Ukropina / Herr Dirk Rabeneck