Entwicklung eines Aluminiumbalkons mit integriertem PV-Generator

Aktenzeichen 17997/01
Zusammenfassung / Abstract: Dateigröße: 0.11 MB | Zuletzt geändert: 11.08.2009
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Projektträger: alupor GmbH & CoKGFassaden + Balkongeländer GmbH
Richard-Wagner-Str. 6
19053 Schwerin
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Telefon: 05407/8788-0
Internet: -
Bundesland: Niedersachsen
Beschreibung:
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Netzgekoppelte Photovoltaik(PV)-Anlagen auf den Dächern von Privathäusern sind - gestützt durch das 100.000-Dächer-PV-Programm und die Einspeisevergütung gemäß Erneuerbare-Energien-Gesetz (z.Zt. 0,457 €/kWh) - breit in den Markt eingeführt. Gleichzeitig wächst die Anzahl von gebäudeintegrierten PV-Anlagen z. B. in Lichtdächern, Fassaden und Überdachungen von gewerblichen Unternehmen oder Kommunen stetig. Dagegen sind PV-Anlagen im Mehrgeschosswohnungsbau bisher kaum verbreitet. Das Vorhaben dient dem Ziel, die multifunktionale PV-Nutzung im Bereich der Balkone zu intensivieren. Somit können Wohnungsbauunternehmen nicht nur einen Beitrag zum Klimaschutz leisten, sondern können auch durch anspruchsvolle architektonische Gestaltung mit PV-Modulen die Attraktivität von Wohnblöcken erhöhen und ihr ökologisches Image und ihre Innovationsfreude demonstrieren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn Projektphase I (Vorstudie) wird das PV-Flächenpotenzial von Balkonen im Mehrgeschosswohnungsbau unter Beachtung evtl. Verschattungen ermittelt. Es werden architektonische und bauphysikalische Anforderungen an die PV-Elemente geklärt. Die Wirtschaftlichkeit von PV-Balkonanlagen wird unter Beachtung der Investitionskosten und Jahresenergieerträge bewertet. Das zugehörige Wechselrichter- und Verschaltungskonzept wird optimiert.
In Projektphase II (Produktentwicklung) wird ein PV-Vorstellbalkon mit Überdach über die Stufen Konstruktion (inkl. Prüfstatik), Labormuster bis zum Prototypen entwickelt. Dabei entwickelt alupor sein Balkonkonzept - insbesondere die Trag- und Rahmenkonstruktion - im Hinblick auf eine optimale Aufnahme der PV-Elemente weiter. Bei Solar Engineering sind standardnahe PV-Modulkonzepte im Hinblick auf die funktionale und bauphysikalische Integration in Brüstung und Überdach zu optimieren.
In Projektphase III (Produktnormung) wird der Prototyp eines PV-Vorstellbalkons mit PV-Überdach einer vollständigen Normung unterzogen (Bauphysik, Brandschutz, elektrische Leistung, Umgebungstauglichkeit, Schutzklasse II). Damit steht am Ende des Vorhabens ein standardisiertes Produkt PV-Balkon zur großmaßstäblichen Anwendung im Mehrgeschosswohnungsbau zur Verfügung.


Ergebnisse und Diskussion

Die bauphysikalischen Anforderungen an die PV-Elemente - sei es als hinterlüftete Außenwandbekleidung vor der Balkonbrüstung, als absturzsichernde Verglasung in der Balkonbrüstung oder als linien-förmig gelagerte Überkopfverglasung im Balkonüberdach - werden detailliert erarbeitet. Es werden Hinweise zum Nachweis der Standsicherheit, zur Art der Lagerung und zum Glaseinstand gegeben.
Aus ökonomischen Gründen sollen nur standardnahe PV-Module verwendet werden. Angesichts der geringen Investitionsbereitschaft von Wohnungsbauunternehmen sind PV-Balkone mit Dünnschicht-PV-Modulen gegenüber solchen aus kristallinem Silizium vorzuziehen (flächenspezifische Kosten). Obwohl kristalline Siliziumsolarzellen gerade für Architekten vielfältige Variationsmöglichkeiten in Form und Farbe bieten, sind entsprechende PV-Balkone nur für wenige anspruchsvolle Kunden interessant.
Zur Steigerung der Energieerträge der PV-Balkone und mithin der Einspeiseerlöse sollten die PV-Module in den vertikalen Balkonbrüstungen stets mit geneigten PV-Modulen in Balkonüberdächern kombiniert werden. Besonders empfohlen werden durchgehende Überdächer, die alle Balkone überspannen. Trotzdem werden maximal nur ca. 45 % der PV-Investitionskosten durch Einspeiseerlöse refinanziert. Insofern müssen die ersten PV-Balkon-Demonstrationsprojekte im Mehrgeschosswohnungsbau durch ausreichende öffentliche Fördermittel unterstützt werden.
Die Besonderheiten der weit verteilten PV-Generatorflächen sowie der fehlende Zugang zu den Mietwohnungen sind bei der PV-Systemtechnik zu berücksichtigen. In der Regel sind Strang- oder Klein-wechselrichter auszuwählen, die im Außenbereich anzuordnen sind (unterhalb der Balkone). Die Führung der DC-/AC-Leitungen sollte weitestgehend geschützt in den vorhandenen Träger- und Stützenprofilen des Balkons erfolgen. Es wird eine zentrale Einführung in das Gebäude im Erdreich vorgeschlagen. Insgesamt betrachtet ist der Aufwand für die Elektroinstallation relativ hoch.
alupor entwickelt einen PV-Vorstellbalkon mit PV-Brüstungselementen sowohl in einer vorgesetzten Variante A als auch in einer integrierten Variante B und ein PV-Überdach mit integrierten PV-Elementen. Dafür werden komplette Konstruktionszeichnungen (Werkplanung) inkl. Statiknachweise vorgelegt. Alle Einzelentwicklungen - mit der Ausnahme der integrierten PV-Brüstungselemente - werden bis zum Stadium des Prototypen umgesetzt.
Das Entwicklungsvorhaben greift auf die Weiterentwicklung von Standard-PV-Modulen der Dünnschichttechnologie der Typen RWE Solar ASIOPAK / ASITHRU zurück. Insofern können die üblichen Modul-tests (Leistungszertifizierung, Umgebungstauglichkeit, Schutzklasse II) entfallen. Für die PV-Modultypen liegt eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung als Überkopfverglasung vor. Es ist nicht abschließend geklärt, ob die PV-Module als absturzsichernde Verglasung eingesetzt werden können. Ein entsprechender Antrag auf Zulassung im Einzelfall (inkl. Pendelschlagversuch) wird gestellt, sobald ein PV-Balkon-Demonstrationsprojekt im Mehrgeschosswohnungsbau entscheidungsreif ist.
Bezüglich der Brandschutzeigenschaften des PV-Balkons ist zu beachten, dass PV-Module weder in der Baustoffklasse A (nicht brennbar) noch in der Baustoffklasse B1 (schwer entflammbar) klassifiziert wer-den können, weil sie in nennenswertem Umfang brennbare und normal entflammbare Materialien enthalten. Mit der Feuerwehr ist über geeignete Maßnahmen zur Minimierung der Gefährdungspotentiale im Brandfall (elektrischer Schlag, herabfallende Teile) zu beraten.
Für PV-Vorstellbalkone mit Überdächern ist das angestrebte Niveau der spezifischen Investitionskosten von 7,50 €/Wp nur bei Standardisierungen im Bereich der Modulmontage und Elektroinstallation und bei Beschränkung auf wenige, gut ausgebildete Subunternehmer zu erreichen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

alupor nutzt den PV-Balkon-Prototypen auf seinem Werksgelände, um Kunden und interessierte Besucher über die Entwicklung und die PV-Technologie im Allgemeinen zu informieren. Es wird eine Informationsbroschüre erstellt, die sich an Wohnungsbauunternehmen wendet und PV-Balkone für Sanierungsobjekte im Mehrgeschosswohnungsbau bewirbt. Daneben ist geplant, den PV-Balkon auf Baufachmessen und mittels Veröffentlichungen in Fachzeitschriften zu präsentieren.


Fazit

Aus ökologischer und ökonomischer Sicht ist die PV-Nutzung von Balkonbrüstungen und -überdächern nur mäßig effizient (niedrige Energieerträge aufgrund vertikaler Neigung und partieller Verschattungen). Der PV-Balkon wird aber ökologisch relevant, wenn die PV-Module konsequent integriert werden, weitere Funktionen übernehmen (Regen-, Sonnenschutz, Absturzsicherung) und normale Bauelemente substituieren (Ressourcenschonung). Für die Investitionen eines Wohnungsbauunternehmens in Balkone sind häufig ästhetische Gründe teilweise maßgebend. Wenn - wie bei Dünnschicht-PV-Modulen - die Zusatzinvestition für die PV-Anlage deutlich geringer ist als die Basisinvestition für den Balkon, erscheint es nicht aussichtslos, durch professionelles Marketing den PV-Balkon als Standardlösung zu etablieren.
Es ist vordringlich, den entwickelten PV-Balkon in einigen Demonstrationsprojekten im Mehrgeschosswohnungsbau zu erproben. Entsprechende Akquisitionsgespräche werden mit der LEG-NRW in Düsseldorf und anderen geführt. In allen Fällen besteht Bedarf an Förderzuschüssen in ausreichender Höhe.

Förderzeitraum: 23.01.2001 - 31.03.2002 (1 Jahr und 2 Monate)
Fördersumme: 66.001,14
Förderbereich: I.2.2
Themengebiet: Umwelttechnik
Stichworte: Umweltforschung, Klimaschutz, Umwelttechnik, Ressourcenschonung
Publikationen:
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