Photovoltaik an der Fassade montieren

PV-Installation in der Vertikalen: Fassade und Alternativen

Ob Fassade, Balkonbrüstung, Zaun oder Trennwand: Dass sich eine Montage in der Vertikalen von der in der Schräge oder Ebene – wie bei Steil- und Flachdächern – unterscheidet, liegt auf der Hand. Doch welche Herausforderungen kommen auf die Hauseigentümer zu? Welche Optionen gibt es? Und was spricht gegen und für die Montage in der Senkrechten? Wir haben uns mit bauwerkintegrierter Photovoltaik beschäftigt und zeigen auf, worauf es bei der Entscheidung ankommt. Jeder Erläuterung eines Modultyps folgt die Angabe entsprechender Anbieter.

Anforderungen an den Standort

Grundsätzlich haben Fassaden einen Standortnachteil: Auf der Vertikalen trifft die Sonnenstrahlung weniger direkt auf, d.h. ihr Einfallswinkel ist kleiner und damit ungünstiger als beim geneigten Dach. Gemeinhin wird der Ertrag etwa 20 bis 30 Prozent niedriger als bei einer optimal ausgerichteten Dachanlage beziffert. Trotzdem ist das sehr viel besser als nichts – und eine gute Alternative, wenn das Dach beispielsweise nicht tragfähig genug für eine aufgeständerte Anlage oder die Dachfläche schlecht zu nutzen ist.

Um eine Fassadenanlage wirtschaftlich zu betreiben, muss der Standort stimmen. Dabei kommt es insbesondere auf folgende Faktoren an:

• Ein besonderes Augenmerk gilt der Himmelsrichtung, nach der die Fassade ausgerichtet ist. Jeder Grad, der von Süden abweicht, führt zu weiteren Mindererträgen. So ist bei den preiswerten Blauen, den polykristallinen Photovoltaik-Modulen im Grunde nur eine strikte Südlage wirklich empfehlenswert. Monokristalline Siliziumzellen und mehr noch die Dünnschichtmodule kommen mit einer suboptimalen Ausrichtung besser klar.
• Die Verschattung spielt bei Fassadenanlagen eine noch größere Rolle als bei Dachanlagen. Einerseits können senkrecht montierte Solarzellen die im Winterhalbjahr flacher auftreffenden Sonnenstrahlen besser verwerten, andererseits werfen umstehende Häuser und Bäume dann aber auch längere Schatten. Gleiches gilt für vorstehende Gebäudeteile und Feuerleitern – oder wenn auf dem bisher freien Nachbargrundstück plötzlich ein Neubau steht. Gute Solarteure berücksichtigen diese Aspekte bereits in der Planungsphase.

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Vorteile der vertikalen Montage

Die senkrechte Position einer Fassade bietet jedoch auch Vorteile. Kurz zusammengefasst sind es folgende:

• Der tiefere Sonnenstand verursacht im Winterhalbjahr ein günstigeres Auftreffen der Strahlen. Daher kann unter Umständen der Energieertrag im Winter höher liegen als bei einer PV-Anlage auf geneigter Fläche.
• Anders als bei Dachanlagen mindern im Winter keine Schneeablagerungen den Ertrag. Vom positiven Schnee-Aspekt Strahlungsreflexion profitiert die Fassadenanlage gleichermaßen.



Hinweis: Dass der PV-Ertrag im Winter niedriger als im Sommer ist, liegt auf der Hand. Das Verhältnis liegt hierzulande etwa bei 1 zu 3. Neben der direkten Strahlung leistet auch die diffuse Strahlung einen Anteil an der Stromerzeugung. Beide Strahlungsarten bilden zusammen die Globalstrahlung.
• Saubere Solarzellen haben einen besseren Wirkungsgrad als verschmutzte, das ist bekannt. Dank vertikaler Anbringung lagert sich weniger auf den Flächen ab. Man denke da nur an die Hinterlassenschaften diversen Kleingetiers und von Bäumen herabfallende Nadeln oder Blätter.
• Das Säubern ist nicht komplizierter als Fensterputzen. Dies sollte sich durchwegs positiv auf die anfallenden Reinigungskosten
• Nicht zuletzt ist auch die Montage ungefährlicher. Die Monteure können direkt auf dem Gerüst arbeiten. Das heißt jedoch nicht, dass auch der Installationsaufwand geringer ist. Im Gegenteil: Bei der Vertikalmontage wirken ganz andere Kräfte auf die Konstruktion ein als bei der Schrägmontage. Dies schlägt sich auch in den Montagekosten nieder.

Die Varianten und ihre Vorzüge

Bevor wir die Varianten vorstellen, sind einige Begriffe zu klären:

Kaltfassade und Warmfassade

Fachleute unterscheiden zwischen Kaltfassade und Warmfassade: bzw. zwischen vorgehängter Fassade und Vorhangfassade:

Die vorgehängte Fassade, eigentlich vorgehängte hinterlüftete Fassade mit der Abkürzung VHF, ist Teil einer mehrschaligen Wandkonstruktion. Die Fassadenverkleidung ist mit Abstand zu der sie tragenden Wand befestigt und schützt das Gebäude vor Nässe, Wind und Sonne. Zusammen mit der Luftdurchlässigkeit sorgt der Zwischenraum für eine Hinterlüftung der vorgehängten Fassade – und ist damit verantwortlich für die Zweitbezeichnung „Kaltfassade“.

Die Vorhangfassade wird am Tragwerk eines Gebäudes wie ein Vorhang aufgehängt (oder angehängt). Dass sie sich stehend selbst trägt, bringt der alternative Name Vorhangwand gut zum Ausdruck. Ein weiterer Unterschied zur vorgehängten Fassade ist die Luftdichtheit der Vorhangfassade. Da so keine Kälte hinter die Fassadenverkleidung gelangt, wird dieser Typus auch „Warmfassade“ genannt. Warmfassaden schützen das Gebäude nicht nur vor Feuchtigkeit, sondern sind im Winter auch ein guter Kälteschutz und bewahren das Gebäude im Sommer vor zu großer Hitze.

Siliziummodule für die Kaltfassade

Bei der Installation von Fassadenmodulen sollte das Stichwort Hinterlüftung hellhörig machen: Ist der Luftstrom unzureichend, bilden sich bei starker Sonneneinstrahlung Wärmestaus, die eine durchschnittliche Ertragsminderung von 0,5 % pro Grad Celsius bewirken können. Im schlimmsten Fall nehmen die Modulpaneele sogar Schaden. Folglich kommt für Module aus Siliziumwafern nur die Kaltfassade in Betracht.

Und wie steht es mit der Optik? Was bei einem Dach nur von weitem auffällt, ist bei einer Hauswand geradezu ein Blickfang. Daher werden für die Fassade zunehmend statt der herkömmlichen blauen polykristallinen Module dünnere Siliziumwafer in Schwarz oder attraktiven Farben und Formen angeboten. Als Beispiele seien hier die monokristallinen PERC-Hochleistungszellen im Glas-Glas-Verbund von Solarwatt, das Solar-Fassaden-Element mit und ohne eingebaute Dämmung von paXos, die farbig individuell bestimmbare Produktreihe „Solarcolor“ von Megasol und die ebenfalls für die Fassade geeigneten Solardachziegel von SolteQ genannt.

Dünnschichtmodule für die Warmfassade

Dünnschichtmodule werden in zahlreichen Varianten angeboten. Allen gemeinsam ist der relativ geringe Wirkungsgrad. Im Gegenzug wird weniger Material benötigt, was die Dünnen erheblich leichter und kostengünstiger in der Anschaffung macht. Außerdem verursachen hohe Temperaturen sowie schwaches und diffuses Licht weniger Leistungsverlust.

Da sie keine kristallinen Siliziumwafer enthalten, kommen Dünnschichtmodule ohne Hinterlüftung aus. Wärmegedämmte Vorhangfassaden reduzieren den Energieverlust und entsprechen damit der seit 2021 gültigen EU-Gebäuderichtlinie und dem Gebäudeenergiegesetz zu Niedrigstenergiegebäuden. Zugleich reduzieren sie eine mögliche Belästigung durch Geräusche wie Industrie-, Flug- oder Verkehrslärm. Je nach Trägermaterial sind Dünnschichtzellen starr oder flexibel biegbar – letztere mit dem Vorteil, auch geschwungene Fassaden gestalten zu können.

Anbieter von Dünnschichtmodulen für Fassaden sind beispielsweise Antec Solar mit der Glas-Glas-Modul-Reihe „ATF Black Line“ und den bewährten CdTe-Dünnschichtmodulen der ehemaligen calyxo GmbH, das US-amerikanische Unternehmen First Solar mit den aktuellen „Series 6“ Glas-Glas-Modulen und der Systemanbieter Schüco International mit den MPE-Modulen ihrer BL 01 Serie.

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Halbtransparente Glas-Glas-Module mit Siliziumscheiben

Zwischen beiden Lösungen einzugruppieren sind Glasfronten mit eingelassenen Siliziumzellen. Hierfür werden hauchdünne Wafer zwischen zwei nur ca. 2 mm dicke Glasscheiben gesetzt. Sie ergeben ein geometrisches Muster und das Sonnenlicht kann zwischen den Zellen hindurchscheinen. Je nach gewähltem Abstand der Siliziumscheiben reicht die Transluzenz von semitransparent bis blickdicht. Erreicht werden kann dies auch mit getöntem Glas. Je opaker die Tönung ist, desto weniger sichtbar wird die integrierte Funktion.

Teiltransparente Solarfassaden eignen sich vorrangig für groß angelegte Bauten wie Gewerbeobjekte, öffentliche und private Bürogebäude. In kleinerer Ausführung unterstreichen sie auch die Ästhetik von Eigenheimen. Als Beispiele wären hier zu nennen:

• Solarbalkon: Ein Solargeländer macht den Balkon zur Solaranlage. Die Konstruktion aus Aluminium und Glas kann passend zum Stil des Eigenheims ausgewählt werden. Befestigt wird sie an der Unterseite (Decke), der Vorderseite (Stirn) oder am Boden des Balkons. Auch hier ist die Intensität des Sichtschutzes frei bestimmbar.



• Solarzaun und Solarsichtschutz: Beides ist fast dasselbe. Zäune sind mit meistens etwa 100-120 cm niedrig, Sichtschutzwände haben eine Standardhöhe von 180 cm. Eventuelles Gefälle wird bei der Bodenverankerung berücksichtigt, die Kabel verlaufen unsichtbar in den Pfosten. Duplex-Varianten mit PV zu beiden Seiten und die Option einer integrierten Beleuchtung erweitern das Spektrum.
• Solarterrasse und Solarwintergarten: Neben der eigenständigen Energieproduktion liefert eine Terrassenüberdachung mit integrierten Solarmodulen auch einen wohltuenden Sonnenschutz. Das Licht kann zu den Seiten in die Wohnräume strömen, unter dem Terrassendach wird nur die Sonnenstrahlung abgeschattet.



• Solarcarport: Auch, wenn (noch) kein Elektroauto unter dem Solardach des Carports steht: Die Energie wird erzeugt und reduziert die Stromkosten, z.B. für die Verbraucher im Haushalt. Wer bereits „E fährt“, profitiert doppelt und genießt die eigene Stromtankstelle im Garten.

Anbieter von Glas-Glas-Kristallinmodul-Lösungen sind die meisten der oben genannten und beispielsweise das Neuruppiner Unternehmen Solarterrassen & Carportwerk. Produziert wird im hauseigenen Werk in Erfurt. Die ebenfalls in Deutschland produzierende SolarConsult AG in Freiberg am Neckar hat sich u.a. auf Solarzäune und -schutzwände mit bewährter Photovoltaik-Modultechnik spezialisiert.

Montage an der Fassade

Die Fassadenmontage kann auf mehrere Arten durchgeführt werden:

Beim Vordachsystem werden dreieckig konstruierte Gestelle, sogenannte Vordachstützen, auf die Fassade geschraubt und darauf Querträgerprofile mit den Modulen montiert. Diese erhalten damit eine Neigung, die die Dachneigung nachempfindet – mit allen Vorteilen bei optimaler Ausrichtung. Die Modulinstallation entspricht im Grunde der auf dem Hausdach und sowohl für gerahmte als auch für ungerahmte Solarmodule geeignet. Das aufgeständerte Fassadensystem ist einfach und schnell montiert.

Beim Parallelsystem wird die Konstruktion senkrecht bzw. fassadenparallel vor die Wände montiert. Sie gewährleistet die thermische Trennung zur Wand – Stichwort Hinterlüftung – und gleicht kleine Unebenheiten des Untergrunds aus. Auf diese Unterkonstruktion werden die Profile und Module ähnlich wie beim Vordachsystem montiert. Bei geeigneter Bausubstanz ist der Einsatz standardisierter Bauteile möglich.

Die BIPV im weiteren Sinn ermöglicht zudem das Aufbringen biegbarer Folienmodule auf gewölbte Fassaden. Flexible Solarzellen sind nichtkristallin, hier werden die Halbleitermaterialien (z.B. CdTe) auf Folien aus Kunststoff oder Metall aufgedampft. Ihren äußeren Schutz erhalten die Dünnschichtmodule durch eine transparente Deckfolie.

Bei der BIPV im engeren Sinn ersetzt die Vorhangfassade das Mauerwerk. Dies können semitransparente Glas-Glas-Module oder opake Glas-Folien-Module sein. In beiden Fällen sind hauchdünne Module integriert: entweder etwa 200 μm „dicke“ Siliziumzellen oder 1-5 μm dünne Dünnschichtzellen. Glasmodule werden in eine Tragkonstruktion eingehängt – und sind damit selbstverständlich keine tragende Wand, sondern tragen sich nur selbst. Dies erfordert dennoch ein gewisses Maß an Stabilität.

Fazit

Wird ein bestehender Bau mit Solarpanelen ausgestattet, bietet sich die Installation von siliziumbasierten kristallinen Modulen an. Um die erforderliche Hinterlüftung zu gewährleisten, müssen diese auf speziellen Montagegestellen befestigt werden. Es kann sich dabei um einzelne Module handeln – ähnlich wie bei einer Aufdachanlage. Die attraktivere Variante ist sicherlich eine vor die Hauswand gesetzte Solarfassade. Optisch erinnert dies an eine Indachanlage, im Unterschied dazu wird bei Kaltfassaden jedoch keine Bausubstanz abgetragen. Obwohl die kristallinen Module die ursprüngliche Fassade nicht ersetzen, zählt auch diese Methode zum Bereich der Gebäudeintegrierten Photovoltaik.

Ein Neubau kann selbstverständlich auch mit einer vorgehängten hinterlüfteten Fassade versehen werden. Hier ist die „echte“ Bauwerkintegrierte Photovoltaik allerdings die attraktivere Alternative. Sie unterscheidet sich von der „unechten“ BIVP dadurch, dass sich darunter tatsächlich keine Außenwand befindet. Da die Module – genau wie die Glasfassaden großer Bürogebäude – keine tragende Funktion übernehmen können, sind sie nur bei Skelettbauweise möglich. Sie werden also in das Traggerüst eingehängt. Die höheren Kosten werden durch die Einsparung von Baumaterial zumindest teilweise wieder wettgemacht.

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