Auslegung einer BIPV-Anlage für ein Jugendstilgebäude in Zürich

Für die Sanierung eines Mehrfamilienwohnhauses in Zürich, bei dem gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) unter Mitwirkung des Fraunhofer ISE beispielhaft zum Einsatz kam, wurde im Rahmen des Schweizer Solarpreises ein Plusenergiebau-Diplom verliehen. Durch die Integration von Photovoltaik auf den Dach- und Fassadenflächen, bei der die Jugendstilarchitektur erhalten wurde, konnte ein Plusenergiestandard erreicht werden. Zur detaillierten Anlagenauslegung hinsichtlich Ertrag und Betriebssicherheit kamen Simulationsmodelle des Fraunhofer ISE zum Einsatz, die durch ein 3D-Modell Teilverschattungen, verschiedene Modulexpositionen und Modulgrößen berücksichtigen. Seit April 2016 ist die Sanierung abgeschlossen und die BIPV trägt durch ihre Erträge wie erwartet signifikant zum Plusenergiestandard bei.

Das 1908 errichtete Mehrfamilienhaus in der Züricher Culmannstraße verbrauchte vor der Sanierung ca. 130000 kWh/a. Ziel war eine drastische Reduzierung des Energiebedarfs sowie die Deckung des bleibenden Bedarfs aus regenerativen Energiequellen direkt am Gebäude – all dies unter Beibehaltung der Jugendstilarchitektur. Am Fraunhofer ISE wurde dazu eine BIPV- Anlage geplant und hinsichtlich Ertrag und Betriebssicherheit optimiert. Für die Zielvorgabe von 14000 kWh/a Ertrag wurden sowohl die Dachflächen als auch die Ost- und Westfassaden mit kundenspezifischen Modulen belegt. Unter Verwendung eines 3D-Modells des Gebäudes und der Umgebung wurde die Einstrahlung auf allen für PV in Frage kommenden Positionen der Gebäudehülle berechnet. Die Architektur des Gebäudes in Kombination mit der komplexen Verschattungssituation führte zu einer Aufteilung in 14 Teilanlagen mit separaten Wechselrichtern. Insgesamt 198 Module mit 112 verschiedenen Größen und 19 verschiedenen Expositionen ergeben 28 kWp und etwas über 14000 kWh/a. Neben den Einstrahlungsverhältnissen wurden auch die Zelltemperaturen, die elektrische Verschaltung inkl. Bypass- und Blockierdioden sowie die Wechselrichter modelliert. Insbesondere die Verschaltung der sehr verschiedenen Module erfordert diese detaillierten Simulationen – sowohl zur Ertragsoptimierung als auch für die Anlagensicherheit sowie eine vom Netzbetreiber geforderte Minimierung der Schieflast. Das auf den Simulationen beruhende Anlagendesign bewährt sich nun seit April 2016 erfolgreich in der Praxis.