Integrierte Photovoltaik – Flächen für die Energiewende

Was bedeutet »Integrierte Photovoltaik«?

Integrierte Photovoltaik fügt sich in die Hülle von Gebäuden, Verkehrswegen und Fahrzeugen – so sind die Solarzellen von außen meist nicht mehr sichtbar. Integrierte Photovoltaik nutzt auch Flächen gemeinsam mit der Landwirtschaft oder belegt Wasserflächen in gefluteten Tagebauen. Neue Technologien und Designoptionen ermöglichen frei wählbare Formate und Farben für integrierte Module, deren Schaltkreis und Zellarchitektur bei Bedarf vollständig verdeckt werden können. Besondere Anforderungen seitens der Anwendung, zum Beispiel ein reduziertes Flächengewicht oder eine extreme mechanische Beständigkeit, können durch die Auswahl geeigneter Materialien erfüllt werden.

 

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Integrierte Photovoltaik
Building Integrated PV Floating PV Road Integrated PV Agrophotovolatics Vehicle Integrated PV Urban PV

Wieviel Photovoltaik wird in Deutschland benötigt?

Die von der Bundesregierung beschlossene Energiewende sieht eine Erhöhung des Stromanteils aus erneuerbaren Energien (EE) auf 65% bis zum Jahr 2030 und auf mindestens 80% bis zum Jahr 2050 vor. Fast alle Energiesystemszenarien zeigen, dass die Photovoltaik (PV) neben der Windkraft die wichtigste Säule der zukünftigen Energieversorgung in Deutschland und weltweit sein wird. Nötig für eine erfolgreiche Energiewende in Deutschland sind nach Berechnungen des Fraunhofer ISE – je nach weiteren Randbedingungen – bis zu 500 Gigawatt installierte PV-Leistung. Das Potenzial zur Installation dieser Mengen ist in Deutschland vorhanden.

Was bringt die Integration von Photovoltaik?

Mitte 2019 waren in Deutschland 48 GW Photovoltaik installiert, davon rund 75 Prozent auf Dächern, der Rest in Freiflächenanlagen. Die gesamte installierte Leistung muss im Zuge der Energiewende auf das bis zu 10-fache erhöht werden. Bei großen Freiflächenanlagen ist abzusehen, dass ein massiver weiterer Ausbau zu Konflikten und Akzeptanzproblemen führen wird. Mit der Integration von PV-Technologie in die Hüllen von Gebäuden, Fahrzeugen und Fahrwegen und ihrer Einbindung in Agrar- und Wasserflächen werden riesige bisher bereits für andere Zwecke genutzte Flächen für die Solarstromerzeugung erschlossen. Integrierte Photovoltaiktechnologie löst damit nicht nur Flächennutzungskonflikte, sie schafft sogar an vielen Stellen Synergieeffekte.  

Wo gibt es Flächen für Integration?

Während das theoretische Potenzial eine komplette Inanspruchnahme der entsprechenden Ressourcen betrachtet, beschränkt sich das technische Potenzial auf solche Anwendungen, die technisch plausibel verwertbar sind. Die folgende Abbildung zeigt Schätzwerte zu technischen Potenzialen für die Integration von PV in Deutschland. Allein die Bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV) und die Agrophotovoltaik (APV) eröffnen Flächen für eine Nennleistung von jeweils mehr als 1 Terawatt (TW). Die für die Umsetzung relevanten wirtschaftlich-praktischen Potenziale ergeben sich aus den technischen Potenzialen unter zusätzlicher Berücksichtigung ökonomischer, regulatorischer und praktischer Randbedingungen sowie von Fragen der Akzeptanz.

Flächenpotenzial für Integrierte Photovoltaik
© Fraunhofer ISE

Chancen der Integration

Das Konzept der Integrierten Photovoltaik bietet viele Chancen, die im Folgenden kurz dargestellt werden.

  • Durch die Integration in vorhandene bebaute Umgebung, Hüllen, die Doppelnutzung von Agrarflächen und die Belegung von gefluteten ehemaligen Tagebauen beansprucht die PV-Technologie keine neuen wertvollen Flächen. Im Gegenteil, Kosten für die Flächenbereitstellung entfallen weitgehend oder vollständig.

  • Integrierte Photovoltaik erfordert ein hohes Maß an individuellen Lösungen. Produkte mit einheitlicher Größe und standardisiertem Design können in vielen Fällen nicht verwendet werden. Damit entstehen Chancen für eine lokale PV-Produktion mit nachhaltiger Wertschöpfung deutscher und europäischer Unternehmen.

  • Bei der Integration von Photovoltaik in Hüllen, z.B. der Bauwerkintegrierten PV oder der Fahrzeugintegrierten PV, erfolgt die Montage auf eine vorhandene Unterkonstruktion. Im Gegensatz zu einer Aufständerung in der Freifläche wird kaum weiteres Material für die Modulmontage benötigt. Weiterhin dient die frontseitige Abdeckung der Module, häufig eine Glasscheibe, gleichzeitig als Schutzhülle für das Gebäude, das Fahrzeug oder wirkt als Lärmbarriere. Diese Synergieeffekte reduzieren den Materialverbrauch, verbessern die Ökobilanz der Photovoltaik und erzeugen Kostenvorteile, die bei drastisch gesunkenen Preisen für Solarzellen immer stärker ins Gewicht fallen.

  • Bauwerkintegrierte PV (BIPV) und Fahrzeugintegrierte PV (VIPV) erzeugen Strom nahe am Verbraucher bzw. an Bord von Fahrzeugen. Sie verringern damit die Nutzung des Stromnetzes und erhöhen die Reichweite von E-Fahrzeugen. Fassadenintegrierte Solarmodule abseits der Südorientierung liefern Strom verstärkt in den Morgen- beziehungsweise Nachmittagsstunden und bieten damit vorteilhafte Erzeugungsprofile.

 

Positionspapier

Integrierte Photovoltaik – Flächen für die Energiewende

Dr. Harry Wirth, Fraunhofer ISE