PVcomB
Das Reallabor für bauwerkintegrierte Photovoltaik
Das Reallabor für BIPV ist ein Forschungsbau mit einer Photovoltaikfassade bei der besonderes Augenmerk auf die gestalterische Integration der aktiven Fassade gelegt wurde. Das Reallabor liefert Praxiserfahrungen über das Verhalten von Solarmodulen und des gesamten PV-Fassadensystems bei verschiedenen Jahreszeiten und Witterungsbedingungen und über einen langen Zeitraum.
120 Messstellen und Sensoren in der PV-Fassade erfassen die solare Einstrahlung sowie elektrische und bauphysikalische Messgrößen. Diese Erkenntnisse fließen direkt in die Forschungs- und in die Beratungsaktivitäten des HZB ein und kommen auf diese Weise der Gesellschaft zu Gute.
Abb. 1 Das BIPV-Reallabor am HZB in Berlin. Forschungsplattform und Demonstrationslabor für integrierte PV.
Das Konzept des Reallabors
Insgesamt wurden 360 rahmenlose und homogen gefärbte Module (Marke Avancis Skala 7003) verbaut, die an drei Fassaden des Gebäudes (Süd, West, Nord) installiert wurden. Die knapp 50 KWp installierter Leistung liefern einen Jahresertrag von ca. 30 MWh.
Neben einem intensiven Monitoring der 38 individuellen Strings wurde umfangreiche zusätzliche Messtechnik installiert.
Monitoring der PV-Fassade am Beispiel der Südseite des Gebäudes. Der linke markierte Bereich ist der Bereich mit unterschiedlich großer Hinterlüftungstiefe.
- 10 Bestrahlungsstärkesensoren messen an verschiedenen Positionen der Fassade die Bestrahlungsstärke.
- 72 Temperatursensoren wurden auf die Rückseiten einzelner Module geklebt.
- 4 Strömungssensoren messen die vertikale Hinterlüftungsgeschwindigkeit.
- Eine Wetterstation auf dem Gebäude misst darüber hinaus alle wesentlichen Wetterparameter inklusive Werte für die direkte und die indirekte Bestrahlung.
Darüber hinaus wurde in einem Teil der Südfassade die Größe des Hinterlüftungsbereiches (Abstand zwischen Dämmung und Solarmodul) variiert, um diesen Einfluss auf die PV-Anlage bzw. die jeweiligen Strings zu analysieren. Auch ein Teil der Nordseite wurde mit PV-Modulen belegt, um insbesondere auch die Einflüsse von indirekter und diffuser Einstrahlung zu analysieren. Neben den dortigen 58 Solarmodulen wurden zur Herstellung der blauen Nordfassade auch vergleichbare Aluminiumelemente verwendet. Die „nahtlose“ Zusammenführung von PV-Modulen und herkömmlichen Fassadenelementen war eine Herausforderung und hat wichtige Erkenntnisse für die Planung und Ausführung zukünftiger Vorhaben solcher Art ergeben.
Die Solar-Fassade
Das Laborgebäude „Testinghalle“ des HZB steht im Südwesten von Berlin am renommierten Wissenschaftsstandort WISTA in Berlin-Adlershof direkt an der Südgrenze des HZB-Campus an einer vielbefahrenen 4-spurigen Straße („Ernst-Ruska-Ufer“).
Das zweigeschossige Gebäude mit einer Grundfläche von 62 x 16 m2 und einer Gesamthöhe von knapp 13 m besteht aus zwei Bauabschnitten (BA). Während der erste BA seit 2016 in Betrieb ist und eine silbergraue Aluminium-Fassade besitzt, wurde beim zweiten BA eine, das Gebäude umklammernde, Fassade im blauen Farbton der Helmholtz-Gemeinschaft installiert. Um den klammernden Effekt aus Architektursicht zu verstärken, wurde der farbige Teil der Fassade etwas hervorgezogen und setzt sich gegenüber dem silbernen Grundelement aus dem ersten BA um etwa 50 mm ab.
Mit dem neugebauten 2. BA des Forschungsgebäudes "Testinghalle" errichtete das HZB gleichzeitig ein Demonstrations- und Reallabor für bauwerkintegrierte Photovoltaik. Die 360 Dünnschichtsolarmodule belegen eine Fläche von ca. 380 m2 und sind sowohl technisch, als vorgehängt-hinterlüftete Fassade, als auch gestalterisch integriert. Durch eine verdeckte Aufhängung ließen sich die rahmenlosen Module ideal mit der Metallvorhangfassade des Gebäudes kombinieren. Installiert an Süd-, West- und Nordseite des Gebäudes und ausgestattet mit der umfangreichen Messtechnik werden elektrische und bauphysikalische Parameter der Solarfassaden erfasst und ermöglichen so eine umfangreiche Langzeitanalyse von fassaden-integrierten CIGS Solarmodulen als komplettes PV System und unter realen Bedingungen durch ein unabhängiges wissenschaftliches Forschungszentrum.
Die Nordseite des 2. BA wurde aus wirtschaftlichen Gründen nicht vollständig mit PV-Modulen belegt. Neben 58 Solarmodulen wurden hier zur Herstellung der blauen Fassade auch vergleichbare Aluminiumelemente verwendet. Die „nahtlose“ Zusammenführung von PV-Modulen und herkömmlichen Fassadenelementen war eine Herausforderung und hat wichtige Erkenntnisse für die Planung und Ausführung zukünftiger Vorhaben solcher Art ergeben.
Die solare Fassade produziert ca. 28 MWh Elektroenergie pro Jahr, was in etwa zehn 3-Personenhaushalten entspricht. Diese wird direkt ins Netz des Forschungscampus eingespeist und vollständig verbraucht.
Bauherr: HZB
Architekten: DGI Bauwerk Gesellschaft von Architekten mbH
Fassadenbauer: SCHRAG Fassaden
Solarteur: activ solar Schweiz GmbH
installierte Leistung: 48,6 kWp
Ertrag: 30 MWh/a
Module: 360 Stk. Avancis Skala 7003 (blau), 135 W
Inbetriebnahme: 06/2021
