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17 TerraWattStunden Fassadenstrom für die Schweiz

Die interaktive BFE-Anwendung sonnenfassade.ch informiert schnell und effektiv über das Potential einzelner Objekte für eine Solarstrom-Fassade. Das Potential liegt konservativ berechnet bei 17 TWh pro Jahr, also rund einem Viertel des gesamten schweizerischen Stromverbrauchs im Jahre 2018. 

Hinterlüftete Fassaden

Viele ungenügend isolierte Fassaden und Dächer müssen in den kommenden Jahren einer energetischen Erneuerung unterzogen und saniert werden. Für nachhaltig denkende Bauherren drängt sich der Aufbau einer hinterlüfteten Fassade förmlich auf. Stein, Metall, Glas, Holz oder Photovoltaik - viele Materialien stehen als Fassadenkleid zur Verfügung. Die Unterkonstruktion für eine hinterlüftete Fassade ist massgebend - für eine sichere und ästhetische Bauweise.

SIA-Effizienzpfad Energie (Quelle Merkblatt SIA 2047:2015)
SIA-Effizienzpfad Energie (Quelle Merkblatt SIA 2047:2015)

Entscheidet sich der Bauherr für eine wärmetechnisch-energietechnische Erneuerung, so ist in vielen Fällen eine hinterlüftete Fassade die optimale Lösung. Die Unterkonstruktion ist vielfältig und objektspezifisch am bestehendem oder neuem Mauerwerk  montierbar. Die UK besteht aus drei wesentlichen Bauteilen:

  • Primäre Unterkonstruktion (statische "Verlängerung" des Mauerwerks mit Thermokonsolen und Lastaufnahmeprofil)
  • Sekundäre Unterkonstruktion (unsichtbare Einhängekonstruktion für die Fassadenbekleidung, horizontale oder vertikale Ausrichtung der BIPV-Module/Bekleidung)
  • Interface zum Fassadenkleid (Backrails für vertikale / Glashalter für horizontale BIPV-Module/Bekleidung)

Die Primäre Unterkonstruktion wird auf das Tragwerk (1) montiert. Für Altbauten mit bestehender Kompaktfassade (Aussenisolation) steht ein spezielles Montagesystem ohne Konsolen zur Verfügung. 

Die Thermokonsolen (3) werden vor der Wärmedämmung (2) am Tragwerk  montiert. Je nach Modulgrösse werden horizontale oder vertikale Alu-Profile (3) montiert. Die Sekundäre Unterkonstruktion umfasst die Lastaufnahme-Profile (4), die im Kreuzverbund an das Tragwerk verschraubt werden. Das Interface (5 Backrail oder Glashalter) zwischen Tragwerk und Fassadenbekleidung wird auf der Rückseite des BIPV-Moduls (Fassadenkleid) (6) verklebt.

Die Unterkonstruktion ist unsichtbar, eine ästhetische und homogene Fassadenfläche mit einer  Lebenserwartung von grösser 50 Jahren.

Energetische Fassadensanierung: MFH mit horizontaler Unterkonstruktion, 3D Strukturglas, grün
Energetische Fassadensanierung: MFH mit horizontaler Unterkonstruktion, 3D Strukturglas, grün

Das Eingehen auf die individuellen Wünsche (Format und Grösse der BIPV-Module, Farbe, Oberflächenstruktur) erlaubt ästhetisch einzigartige Lösungen. BIPV-Module stehen verschiedene Motive für das Fassadenkleid zur Verfügung. So wird von aussen nicht erkannt, dass die Fassade nicht nur Schutz vor Wind und Wetter - sondern gleichzeitig ein Kraftwerk ist. Pro m2 wird eine jährliche Stromproduktion von rund 500 kWh erwartet. Eine Wohneinheit mit 4 Personen haben durchschnittlich einen Stromverbrauch von 4000-6000 kWh pro Jahr (ohne Warmwasser, Heizung, eMobility).

Architektonische Gestaltung des Fassadenkleides 

Eine Fassade hat im Wesentlichen zwei Aufgaben: ästhetisches Identifikationsmerkmal zu sein und einen klar definierten technischen Zweck, den Schutz des Gebäudes. Die technischen Möglichkeiten bei hinterlüfteten Fassaden sowie die unterschiedlichen Formen der Materialisierung stellen für den Planungsfachmann eine grosse Herausforderung dar. Höhere Kosten für die Fassadenbekleidung lassen sich durch eine verlängerte Lebensdauer und durch tiefere Unterhaltskosten rechtfertigen.

Mit BIPV-Modulen (Glas-Glas-Laminate) lassen sich in Farbe, Textur und Oberflächenstruktur fast alle Vorgaben erfüllen. So werden auch Beschriftungen und Logos in die Fassade von Geschäftshäusern integriert.

 

Homogene Farben, transparente BIPV-Module oder Digitaldruck mit Suncol-Farbe
Homogene Farben, transparente BIPV-Module oder Digitaldruck mit Suncol-Farbe

Fassadenbau - eine interdisziplinäre Aufgabe

Zusammenspiel aller Akteure ist eine wichtige Voraussetzung eines erfolgreiches Werkes.

  • Materialisierung und Konzepterarbeitung
  • Berechnung Statik, Ausreisstest (Bedarfsfall U-Wert)
  • Erarbeitung von Kostenberechnungen und Entscheidungsgrundlagen
  • Detail- und Ausführungsplanung
  • Grundlagen-Erarbeitung für Devisierung
  • Systemlieferung an Fassadenbauer, von Unterkonstruktion bis Bekleidung, inkl. Klebetechnik
  • Instruktion und Baubegleitung
Gewerbehaus mit Wohnung, BIPV-Module v3, suncol, KA-System
Gewerbehaus mit Wohnung, BIPV-Module v3, suncol, KA-System
EFH mit Stein-/PV-Fassade, GH-System
EFH mit Stein-/PV-Fassade, GH-System

Von aussen kaum zu erkennen – die Gebäudehülle ist ein Solarstromkraftwerk und produziert mehr Energie als im Wohnhaus verbraucht wird. BIPV-Module für Fassade und Dach erfüllen eine Reihe von nachhaltigen Funktionen wie Witterungsschutz, Raumklimaregulierung, baubehördliche Auflagen sowie Identifikation und Repräsentation des Bauherrn und neu – die Energieerzeugung. Die Stromproduktion ist als zusätzliche Qualität hinzugekommen ohne die bewährten Funktionen zu beeinträchtigen.

Transparente Wärmedämmung (TWD) kombiniert mit BIPV

ECOCELL AG hat die Trombe-Aussenfassade weiterentwickelt und mit einem Stromgenerator ergänzt. Die ersten Erfahrungswerte bringen erstaunliche Ergebnisse. Bemerkenswert ist der verwendete Baustoff der Fassadenelemente. Den Naturgesetzen folgend wurde die ECOCELL-BETONWABE entwickelt. Zum Einsatz kommen fast ausschliesslich nachwachsende Rohstoffe aus dem Recyclingkreislauf von Altpapier und Kartonagen, allem voran Wellpappe. Eine speziell entwickelte mineralische Beschichtung versteinert die Roh-Wabe.

Die nach dem französischen Ingenieur Trombe benannte Entwicklung aus den 1950er-Jahren basiert auf dem Prinzip des Glashauseffekts zur Speicherung solarer Energie in massiven Bauteilen. Sie besteht aus einer aussenliegenden Hülle (Glas, Folie), einem dahinter angeordneten Luftzwischenraum (10 bis 15 cm) und der Speichermasse als Flächenkollektor. Speicher bilden in der Regel massive Bauteile aus Beton, Mauerwerk oder wassergefüllten Behältern. Durchdringt Sonnenstrahlung die Aussenhaut aus einer gespannten Folie oder Glas und die eingefangene Wärme gelangt über den Zwischenraum an die Speicherwand, heizt sich diese auf. Optimale Energieausbeute wird an Südfassaden erzielt. Zur Vermeidung von Überhitzung wird durch PV-Zellen (Verschattung) die Sonneneinstrahlung im Sommer verringert werden. Im Winter wird die tiefstehende Sonne über die gesamte Fassadenfläche genutzt. Trombewände bewirken eine Phasenverschiebung über den Tageszyklus: Durch die Pufferung der kurzwelligen Solarwärme in massiven, Wärme absorbierenden Speicherwänden (Steinspeicher), wird die Wärme tagsüber akkumuliert und in der Nacht als langwellige Wärmestrahlung an den Raum zurückgestrahlt.

Wie viel Energie gewinnt man an der Hausfassade

Sonneneinstrahlung ist unterschiedlich nach Jahres- und Tageszeit. Es erstaunt nicht, dass Südfassaden im Winter gegenüber dem Dach mehrheitlich im Vorteil sind. Kein Schnee und der tiefe Sonnenstand mit kalten Aussentemperaturen bringen eine hohe Effizienz der BIPV-Module.

Die Sonneneinstrahlung pro Jahr liegt bei rund 1000 kWh pro m2.

 

Einstrahlung auf senkrechte Aussenfassade  (ca kWh/m2):

Süd:  850 

Nord: 450 

Ost: 700

West: 750 

 

Standort: Luzern

Pro kWp-installierte BIPV-Leistung erwartet man im schweizerischen Mittelland nachstehende Stromproduktion  pro Jahr:

Süd: 680 kWh

Nord: 360 kWh

Ost: 560 kWh

West: 600 kWh

 

Bemerkenswert ist, dass speziell während der Winterzeit gegenüber Dachanlagen eine höhere Effizienz erzielt werden kann. Indirekte Einstrahlung (Reflektion Schnee, Seeanstoss, gegenüberliegende Glasfassaden) können die Ausbeute verbessern.