Umfassende Integration von PV in Gebäude und Infrastruktur

Die Erreichung der Klimaziele erfordert einen wesentlichen Anstieg beim Einsatz erneuerbarer Energien. Obwohl die Kosten für PV gesunken sind, bleibt integrierte PV (IPV) aufgrund fortbestehender Hürden ein Nischenmarkt. Das Projekt »MASS-IPV« bringt zentrale Akteure zusammen, um zu demonstrieren, wie innovative Werkzeuge und Technologien den Weg für die breite Integration kosteneffizienter IPV-Systeme in Gebäuden und Infrastrukturen ebnen können. An fünf unterschiedlichen Bauvorhaben wird die Initiative das Potenzial multifunktionaler und kosteneffizienter IPV-Systeme aufzeigen.

Ausgangslage

IPV-Technologien können nahtlos in Gebäude und Infrastrukturen integriert werden, wodurch die Solarzellen von außen nahezu unsichtbar werden. Bestehende Technologien bieten Architektinnen und Planern erhebliche Gestaltungsfreiheit und neue Möglichkeiten zur Umsetzung innovativer Gebäudehüllen. Trotz ihres Potenzials ist IPV weiterhin ein Nischenmarkt. So werden zwar zahlreiche IPV-Projekte geplant, jedoch häufig nicht umgesetzt. Gründe dafür sind unter anderem fehlende Vernetzungsmechanismen zwischen Forschung und Industrie sowie Forschungslücken zur Integration von PV im Bausektor.  Damit verbunden sind höhere Kosten von IPV-Systemen, die ein erhebliches Hindernis für die breite Akzeptanz dieser Technologie darstellen.

Ziel

Das Projekt zielt darauf ab, regulatorische, gesellschaftliche und technische Hindernisse zu überwinden, die eine großflächige Nutzung von Photovoltaik in Gebäuden und Infrastrukturen bisher verhindern. Daher möchte »MASS-IPV«

• den Wissensfluss über IPV erhöhen,
• wirtschaftliche und regulatorische Nachteile verringern,
• Solar-Gründächer verbessern und fördern,
• die Nachhaltigkeit und Kreislauffähigkeit der Materialien in IPV-Installationen steigern,
• die Visualisierung und ästhetische Bewertung innovativer IPV-Systeme ermöglichen,
• leichte und wartungsarme PV-Technologien entwickeln,
• die Produktionskosten innovativer BIPV-Technologien senken,
• die Sanierung von Industriegebäuden ermöglichen,
• die PV-Integration in Verkehrsinfrastrukturen beschleunigen,
• digitale Werkzeuge in die BIPV-Planung integrieren, und
• das Monitoring der realen Leistung und des Systemzustands von IPV-Systemen verbessern.

Lösungsansatz

Im Rahmen des Projekts wird eine Vielzahl von Maßnahmen und innovativen Ansätzen verfolgt, um die Herausforderungen bei der Integration integrierter Photovoltaik (IPV) in Gebäuden und Infrastrukturen zu überwinden.

Bereits begonnene Maßnahmen umfassen die Etablierung von Netzwerken, die den Austausch zwischen Akteuren der BIPV-Branche fördern und Plattformen für Best Practices bereitstellen. Zudem werden Weiterbildungen für Fachkräfte angeboten.

Im Rahmen laufender Forschung und Entwicklung (FuE) werden mehrere innovative Themenbereiche adressiert:

• Standardisierung von BIPV-Lösungen
• Lösungen für die einfache Installation und Wartung von BIPV-Systemen
• Anti-Soiling-Beschichtungen
• Fehlererkennung
• Benutzerfreundliche Befestigungssysteme
• Ballastfreie vertikale PV-Lösungen für Gründächer
• Leichte PV-Module
• Digitale Werkzeuge: Weiterentwicklung von Tools für Design, Visualisierung, Umweltbewertung, Planung und Fehlererkennung
• Track & Trace-Funktionalität: Nachverfolgbarkeit des Ursprungs von Materialien und Produkten, zur Dürchführung von Life-Cycle-Analysis (LCA)
• Digitale Produktpässe (DPPs): Dokumentation der Eigenschaften und Nachhaltigkeit von BIPV
• Lebenszyklusanalysen und Nachhaltigkeitszertifikate für BIPV-Produkte

Ergebnisse

Im Rahmen von »MASS-IPV« haben Forschende des ISE bereits innovative Anwendungen entwickelt, die die Integration von Photovoltaik in verschiedene Umgebungen und deren Funktionen optimieren. Dazu gehören:

1. ein digitales Tool, das die physikalischen Interaktionen zwischen PV-Modulen und der Vegetation auf solaren Gründächern vorhersagt. Ziel ist es, die physikalischen Wechselwirkungen zwischen PV-Anlagen und grünen Dächern besser zu verstehen. Diese Erkenntnisse sollen die Bewertung und Optimierung von PV-Gründächern unterstützen. Planende von PV-Gründächern können PV-Technologien, Modul-Layouts und Pflanzenarten damit optimal aufeinander abstimmen. Die Validierung der Methode erfolgt durch Feldmessungen auf einem PV-Gründach in Kassel.

2. ein digitales Tool, das die Visualisierung und ästhetische Bewertung von gebäudeintegrierter Photovoltaik (BIPV) ermöglicht. Für physikalisch korrekte Visualisierungen ist es erforderlich, die bidirektionalen Reflexionsverteilungsfunktionen (BRDF) der PV-Oberfläche für jede Farbkoordinate zu berücksichtigen. Daher wurde ein Plug-in für die Planungssoftware »Rhino-Grasshopper« entwickelt, um eine realistische Visualisierung von farbiger BIPV zu ermöglichen.

3. schallabsorbierende Elemente, die mit PV-Modulen für Lärmschutzwände kombiniert werden können. Fraunhofer hat zusammen mit den niederländischen Firmen »BIPV Projects« und »TULiPPS« am Bau einer Testinstallation teilgenommen. Dieses Pilotprojekt ist ein wichtiger Schritt in Richtung eines großflächigen Demonstrationsprojekts, das entlang der A59 nahe Waalwijk (NL) geplant ist.

• TULiPPS BV
• Fundación Cidetec
• Fundaciòn Tecnalia Research & Innovation
• Izpitek Solar SL
• Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet
• Agenzia per l'Energia e lo Svillupo Sostenibile Associazone
• Over Easy Solar AS
• Bundesverband Gebäudegrün E.V.
• Madaster Shared Services B.V.
• Alucoil S.A.
• Branka Solutions S.L.U.
• Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana
• iwin - Innovative Windows Sagl
• BIPV PROJECTS BV
• EnerBIM
• IB Cross Cultural Consulting Sagl
• Silla srl
• Stratagem Energy LTD
• Sunthalpy Engineering
• S.L.