SCHRAG|eco

SCHRAG steht für einzigartige Fassaden. Wir sind Fachplaner, Hersteller und Fassadenbauer und begleiten die Projekte unserer Kunden von der ersten Idee bis hin zur Realisierung. Grundsätzlich verbauen wir unsere BIPV-Lösungen nicht losgelöst von einer Vorhangfassade.

Zum Leistungsumfang gehört neben einer Einstrahlungs- und Ertragsanalyse die Planung der Solarfassade. Diese beinhaltet die Konstruktion, die Statik als auch die Elektroplanung der erforderlichen Komponenten. Nach erfolgter Freigabe der Planung liefert und moniert SCHRAG die BIPV in den VHF-Systemen ab Rohbau bis zur projektspezifisch definierten Schnittstelle Elektro (ELT). Diese ist stets der Generatoranschlusskasten (GAK) oder auch der Wechselrichter.

Integraler Bestandteil der Leistung im System SCHRAG|eco sind die Vermessung der Flächen, die Lieferung und Installation der Wandhalter, der Tragkonstruktion sowie der Wärmedämmung, die Lieferung und Installation der Module, deren Verbindung sowie die Verkabelung der Solarfassade bis zum Generatoranschlusskasten.

Im System SCHRAG|eco verbauen wir Glas-Glas Module mit kristallinen Siliziumsolarzellen (c-Si-Solarzellen) und Dünnschichtmodule in CIGS-Technologie. Organische PV-Technologien werden aktuell nicht verbaut, hier liegen uns noch keine belastbaren Erfahrungen zur Langzeitbeständigkeit vor.

Die Module unserer Partner weisen einen mehrlagigen Aufbau auf. In der Regel ist die sonnenzugewandte Seite eine Glasscheibe, gefolgt von einer Verkapselungsschicht aus Kunststoff oberhalb der Solarzellen. Bei PV-Modulen mit kristallinen Siliziumsolarzellen sind diese durch Metallstreifen oder -drähte elektrisch miteinander verbunden. Dahinter liegt eine weitere Verkapselungsschicht, gefolgt von einer weiteren Glasscheibe. Bei Dünnschichtmodulen in CIGS-Technologie entfällt die rückseitige Verkapselungsschicht, da die Solarzellen direkt auf einer Glasscheibe aufgebracht sind. Dieser mehrlagige Aufbau wird durch einen Vernetzungsprozess der Kunststofflagen, meist unter Druck und Wärme, zu einer langzeitbeständigen Einheit verbunden, welche die Solarzellen vor Umwelteinflüssen schützt und die elektrische Isolation zur Umgebung herstellt. Bei allen Modulen sind auf der Rückseite Anschlussdosen angebracht, aus welchen die Solarkabel mit Steckverbindern geführt werden.

Die von uns verbauten Dünnschichtmodule haben im Standard ein Format von 1.587 mm x 664 mm und können als Hoch-, sowie auch Querformat verbaut werden. Jedes der Module kann ab einem Mindestformat von 664 mm × 664 mm bis auf  1.587 mm x 664 mm individuell angepasst werden, sodass aus der Kombination von Standardmodulen, angepassten Modulen und einer VHF aus Metall individuelle Solarfassaden entstehen.

Häufig gilt es auch bestehende Raster, wie beispielweise die Geschosshöhe oder auch Fugen bzw. Anschlüsse zu Fenstern und Türen direkt aufzugreifen. In diesen speziellen Anwendungen kommen kristalline Module zum Einsatz, diese werden projektbezogen und individuell nach Maß gefertigt.

Bei Ein- und Mehrfamilienhäusern sind die zur Verfügung stehenden Wandflächen oft sehr kleinteilig. Die Vielzahl  von Anschlüssen der Vorhangfassade zu Fenstern, Türen, Einbauten etc. führen zu überdurchschnittlich hohen Baukosten, häufig bestehenden Verschattungen dieser Flächen machen den Betrieb der Anlagen unwirtschaftlich.

Grundsätzlich ist SCHRAG nicht im Auftrag privater Endverbraucher tätig.

Im Bereich der Dünnschichtmodule sind aktuell 12 unterschiedliche Farben verfügbar; von schwarz und anthrazit zu unterschiedlichen Grau-Blau- und Grüntönen bis hin zu Terracotta, Gold und Bronze. Die Architekturmodule sind stets rahmenlos und ohne sichtbare Zellstruktur. Die Farbverläufe sind dabei lichtabhängig und changieren über die gesamte Fassade.

Eine deutliche breite Farbpalette steht beim Einsatz von kristallinen Modulen zur Verfügung. Die Auswahl reicht von weißen, über graue, beige, grüne, rote, blaue bis hin zu schwarzen Modulen. Je nach gewünschtem Farbton bzw. Oberflächenwirkung kommen unterschiedlichste Verfahren zur Erzeugung von Farbigkeit zum Einsatz. Möglich sind farbige Gläser, farbige Folien, farbige Solarzellen sowie das Bedrucken der Gläser auf verschiedenen Glasebenen.

SCHRAG verbaut sowohl CIGS-Dünnschichtmodule als auch Module mit kristalliner Zelltechnologie unterschiedlicher Hersteller.

Neben der angewandten Technologie hat insbesondere auch die Wahl der Farbe direkten Einfluss auf die Leistung der Module. Für die Dünnschichtmodule liegt die Nominalleistung je nach Farbcode zwischen 125 und 145 Wp/m², für kristalline Fassaden je nach Modulkonfiguration und Farbauswahl zwischen 140 und 200 Wp/m².

Als preisliche Indikation für Ihre Budgetplanung rechnen Sie bitte im Standard mit netto 650 Euro/m², ab Rohbau inkl. Statik, Fassaden- und Elektroplanung, Lieferung der Unterkonstruktion, der Dämmung und sämtlicher BIPV-Komponenten, Montage, Schnittstelle zum Gewerk Elektro ist der GAK bzw. der Wechselrichter. Für maßgefertigte Sondermodule liegen die Kosten deutlich höher.

Grundsätzlich ist darauf zu achten, dass für eine Solarfassade eine geeignete Fläche gewählt wird: sonnenzugewandt und frei von beschattenden Elementen wie angrenzende Fassaden, Überbauten oder auch umgebende Vegetation, bei der auch die Entwicklung in den nächsten Jahren berücksichtigt werden sollte.

Verschattungen reduzieren die Stromausbeute und belasten bei teilweiser Einwirkung darüber hinaus die Solaranlage in ihrer Gesamtheit. Zum Hintergrund:  zunächst werden die einzelnen Solarzellen eines Modules in Reihe geschaltet, dann mehrere Module eines Strangs (i.d.R.).  Durch die Reihenschaltung muss zwangsläufig der Strom in allen Elementen gleich sein und bei einer sehr starken partiellen Verschattung heißt das: gleich niedrig.

Daher sollten temporäre oder partielle Verschattungen weitestgehend vermieden werden, um einen möglichst optimalen Ertrag erzielen zu können, hier helfen ein entsprechendes Anlagendesign und eine optimale Strangaufteilung. Eine durchdachte Planung und individuelle elektrische Auslegung ist hier unumgänglich.

Vereinfacht beschrieben sind für eine Solarfassade fünf Komponenten erforderlich : PV-Module, Solarkabel, ein Generatoranschlusskasten (GAK), der Wechsel- oder Gleichrichter und natürlich die Hausverteilung.

1. Die Solarmodule sind die nach außen hin sichtbaren Elemente der Anlage. Ihre Glasoberfläche ist vielfältig ausführbar und orientiert sich am individuellen Geschmack. Gleichzeitig hat ihre Farbe unmittelbar Auswirkung auf den zu erwartenden Ertrag. Unser System SCHRAG|eco folgt dem Prinzip der vorgehängten hinterlüfteten Fassade (VHF) und wird mittels einer Unterkonstruktion direkt am Rohbau montiert. Solarsteckverbinder schaffen die Verbindung zu Modulsträngen (engl. :  strings), über die die Verschaltung der einzelnen Paneele erfolgt.
2. Das Solarkabel bildet die Verbindung der Modulstränge mit dem Wechselrichter. Da für diese eine hohe Isolationsfestigkeit und eine ebensolche Gleichspannungsbeständigkeit absolute Voraussetzung sind, sind diese Kabel deutlich stärker als übliche Elektroinstallationen, was bei der Planung der Anlage zwingend zu berücksichtigen ist.
3. Im Generatoranschlusskasten erfolgt die Bündelung der einzelnen Zuleitungen; ein Überspannungsschutzelement schützt von hier aus die Solaranlage vor Überspannungen, die z.B. durch Blitzeinschläge erfolgen können. Der Blitzschutz erfolgt mitunter auch extern und ist dann bauseits vorzusehen.
4. Im Wechselrichter wird der ankommende Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) gewandelt und somit für die schlussendliche Nutzung aufbereitet; von hier aus erfolgt die Weiterleitung entweder in die Hausverteilung oder aber eine Einspeisung in das öffentliche Netz.
5. In der Hausverteilung erfolgt die Strukturierung und Verteilung des Stromes in das Hausnetz. Erforderlich sind hier ein separater Stromzähler sowie ein Sicherungsautomat für den einleitenden Wechselrichter. Darüberhinausgehend kann ein ergänzender Speicher für Energiemanagement sinnvoll sein.
   Diese Leistungen fallen in die Verantwortung des Gewerks Elektro (ELT).

Die statistische Wahrscheinlichkeit von einem Blitz getroffen zu werden ist verschwindend gering, das gilt gleichermaßen für Menschen und Gebäude. Dennoch sollte man die Gefahr nicht außer Acht lassen, da die daraus resultierenden Schäden gerade bei elektrischen Anlagen wie einer Photovoltaikfassade hoch sein können.

Dabei braucht es nicht einmal einen direkten Einschlag in die Fassade. Schon bei einem Einschlag in der unmittelbaren Umgebung können durch magnetische Felder unerwünschte Überspannungen erzeugt werden und zu Schäden in der Anlage führen. Bei einem Einschlag in das Gebäude, jedoch nicht in die Anlage selbst, spricht man von einem indirekten Einschlag. Hier können Blitzteilströme über die elektrischen Installationen oder Versorgungsleitungen eingekoppelt werden, was zu Schäden führen kann.

Bei einem direkten Einschlag in die Anlage wird diese oftmals komplett zerstört; die entstehenden hohen Blitzströme haben außerdem Auswirkungen auf die Gebäudesubstanz und können zudem Brände nach sich ziehen.

Der Schutz einer Solarfassade vor den Folgen eines möglichen Blitzschlags ist also dringend anzuraten. Möglich ist hier der Einsatz von Geräten zum Überspannungsschutz, das Erden von Anlageteilen, das Vorsehen von Fangeinrichtungen sowie das Berücksichtigen von Trennungsabständen.

Für die Planung und Errichtung von Erdungs- und Blitzschutzanlagen sollten entsprechende Fachunternehmen konsultiert und beauftragt werden.

Mit der Planung einer PV-Fassade sind diverse geltende bauordnungsrechtliche Rahmenbedingungen zu beachten. Diese von Anfang an in die Überlegungen einzubeziehen, ist Sache der Entwurfsplanung.

Werden PV-Module direkt in die Gebäudehülle integriert (BIPV), müssen die „EU-Bauproduktenverordnung 305/2011“ (EU-BauPVO) und hier konkret die europäische Spezifikation für Glasprodukte sowie die jeweiligen bauordnungsrechtlichen Festlegungen des jeweiligen Bundeslandes (Landesbauordnungen und zugehörige Verordnungen) berücksichtigt werden.

Bei einem Produkt, das ein CE-Kennzeichen trägt, erklärt der Hersteller, dass dieses allen geltenden Anforderungen und Rechtsvorschriften in den Bereichen Sicherheit, Gesundheit und Umwelt im europäischen Wirtschaftraum entspricht. Liegt eine derartige Kennzeichnung  nicht vor, ist das Einholen einer Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung (AbZ) beim DIBt oder einer objektbezogenen Zustimmung im Einzelfall (ZiE) bei der für das Bauvorhaben zuständigen Bauaufsichtsbehörde des jeweiligen Bundeslandes unumgänglich.

Eine ergänzende Möglichkeit für Bauarten, die von den bestehenden technischen Regeln abweichen, stellt die allgemeine oder vorhabenbezogene Bauartgenehmigung (aBG bzw. vBG) dar. Die rechtskonforme Verwendung eines Bauproduktes innerhalb einer baulichen Anlage wird hier mittels einer Übereinstimmungserklärung (umgangssprachlich: Ü-Kennzeichen) erklärt und dokumentiert.

Wie bei jeder anderen Fassade sind neben den baurechtlichen Belangen natürlich auch Tragfähigkeit (Statik), Gebrauchstauglichkeit und Brandschutz zu berücksichtigen und entsprechend nachzuweisen, ggf. mit der Unterstützung eines entsprechenden, vorlageberechtigten Fachplaners.

Die in diesem Absatz beschriebenen Leistungen sind Bestandteil der Architektenplanung.

Mit der ersten Überlegung, ob sich die Anschaffung einer Solarfassade lohnt, steht der Gedanke an eine Ertragsprognose. Die kann zunächst überschlägig sein, um die Entscheidungsfindung zu beschleunigen. Die Gemeinsame Forschungsstelle der EU-Kommission hat hierfür ein Tool (PVGIS) entwickelt, das die groben Ertragswerte auf der Basis einiger weniger Kenndaten (eine mögliche Verschattung kann nicht eingegeben werden) ermittelt, jedoch keine Einordnung hinsichtlich Sinnhaftigkeit und Wirtschaftlichkeit vornimmt. Ein Ausdruck der ermittelten Daten kann aus dem Programm heraus erfolgen und unterstützt in einer sehr frühen Planungsphase.

Später, wenn es um die konkrete Ausführung und die dabei entstehenden Kosten geht, sollte das Thema nochmals genauer vertieft werden. Dies erfolgt in mehreren Schritten:

• Differenzierte Ermittlung der Einstrahlung in die Modulebene (Einstrahlanalyse)
  Hierzu werden die standortspezifischen Wetterdaten benötigt, die konkrete lokale Verschattung wird berücksichtigt, eine objektbezogene geometrische Konfiguration der Anlage muss bereits vorliegen.
• Ermittlung der Modul- und Zelltemperaturen
  Leistung erfolgt auch stets unter Einflussnahme der Stoff- und Umgebungstemperatur, entscheidend sind hier Einbausituation und möglicher Hinterlüftungsraum; die daraus resultierende Berechnung der jeweiligen Zelltemperatur wird in Zeitschritten ermittelt und dokumentiert.
• Ermittlung der Anlagenleistung (DC)
  Auf der Basis des zuvor ermittelten Einstrahlungs- und Temperaturverhaltens und der nun hinzukommenden elektrischen Kenndaten der zum Einsatz kommenden PV-Elemente wird das Verhalten der Zellen bzw. der Module zu den unterschiedlichen Zeitpunkten beschrieben.
• Wandlung Gleichstrom (DC) / Wechselstrom (AC)
  Im Wechselrichter wird der ankommende Gleichstrom in Wechselstrom gewandelt; trotz hohem Wirkungsgrad kommt es hier zu geringen Leistungsverlusten, der beim Wechselstromoutput berücksichtigt wird.

Darüberhinausgehend haben jedoch weitere Faktoren, wie Verschattungen durch später entstehende Bauwerke oder auch Bewuchs, Verschmutzung der Solaranlage sowie Ausfallzeiten wegen Reinigung oder Wartung, Einfluss auf den mittelfristig zu erwartenden Ertrag, der hier nicht rechnerisch berücksichtigt werden kann.

Von einfachen Hilfsmitteln bis zur komplexen Softwarelösung ist die Palette breit gefächert, eines haben aber alle gemeinsam:  zunächst müssen die Rahmenbedingen wie Umgebung, Fläche, Ausführungsort etc. ermittelt und möglichst exakt definiert werden.

Sicher ist neben dem ökologischen Gedanken der ökonomische Fakt ausschlaggebend, wenn es um die Errichtung einer Solarfassade geht. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten, aus der Nutzung einer solchen Anlage finanzielle Vorteile zu ziehen:

• Eigenversorgung: Hier ist der Betreiber der Anlage gleichzeitig der Nutzer, er trägt das wirtschaftliche Risiko bei selbstbestimmter Arbeitsweise, kann Eigentümer, Mieter oder Pächter der Anlage sein. Gemäß EEG 2021 besteht die Möglichkeit, unter definierten Bedingungen überschüssigen Strom weiter zu veräußern.
• Mieterstrom: Wird der an oder in einem Wohngebäude produzierte Strom direkt an den Letztverbraucher übermittelt, spricht man vom Mieterstrom. Ein Dienstleister übernimmt hier oftmals den Betrieb der Anlage, was eine vereinfachte Administration für Vermieter und Mieter bedeutet.
• Einspeisevergütung: Die Einspeisevergütung stellt den gesetzlich festgelegten Ausgleich dafür dar, wenn Strom in das öffentliche Netz eingespeist wird. Eine Voraussetzung dafür ist die Registrierung des Betreibers und seiner Anlage im Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur.
• Direktvermarktung / Marktprämie: Anlagenbetreiber von Solaranlagen, die eine Leistung von 100 … 750kW erbringen, sind derzeit gesetzlich zur Direktvermarktung verpflichtet. Dabei liefern sie ihren Strom an einen Direktvermarkter. Obwohl der Strompreis nunmehr den Bedingungen des Marktes unterliegt, erhält der Betreiber einen zuvor vertraglich vereinbarten Festpreis, da ein dynamischer Ausgleich der Strompreisschwankungen aus der von den Endverbrauchern gezahlten EEG-Umlage erfolgt. Das Marktprämienmodell wird im EEG 2017 beschrieben.
• Direktlieferung: Bei einer Direktlieferung wird der generierte Solarstrom direkt an einen in unmittelbarer Umgebung befindlichen Endverbraucher geliefert, ohne das öffentliche Netzt dabei zu beanspruchen. Der Anlagenbetreiber wird dadurch zum Energieversorgungsunternehmen mit allen Rechten und Pflichten, z.B. Melde- und Anzeigenpflicht, Pflicht zur Rechnungslegung oder auch Veröffentlichungspflichten.

Ganz allgemein ist in den Landesbauordnungen zunächst festgelegt, dass bauliche Anlagen so beschaffen sein müssen, dass sie weder die Entstehung noch die Ausbreitung eines Brandes ermöglichen oder fördern. Einer möglichen Ausbreitung von Feuer und Rauch soll wirksam vorgebeugt werden und die Rettung von Leben sowie ein eventuell notwendiger Löscheinsatz durch die Feuerwehr möglich sein.

In den meisten Fällen bedeutet das die Verwendung normal entflammbarer Baustoffe. Das Brandverhalten von VHF ist in der Produktnorm DIN EN 13830-1 festgelegt.

Die Klassifizierung von PV-Modulen hinsichtlich ihres Brandverhaltens erfolgt anhand von Brandprüfungen entsprechend der DIN 4102-1 oder DIN EN 13501-1; bisherige Versuche zeigen, dass Glas-Glas-Module der Klassifizierung „normalentflammbar“ zuzuordnen sind, Baustoffklasse B2 nach DIN 4102-1 (bzw. Klasse D und E nach DIN EN 13501-1).

Obwohl BIPV als vorgehängte hinterlüftete Fassaden nichttragend sind, gilt, dass sie einschließlich ihrer Unterkonstruktion zumindest schwerentflammbar sein müssen, d.h. im Brandfall dürfen sie weder brennend abtropfen noch abfallen. Diese Eigenschaften müssen in diversen Prüfungen untersucht und nachgewiesen werden, im Fall einer europäischen Klassifizierung des Brandverhaltens DIN EN 13501-1 (C – s2, d2) sind ein Single-Burning-Item-Brandversuch und Endzündbarkeitstest durchzuführen.

Ausnahmemöglichkeiten gibt es bei den Gebäudeklassen 1-3; bei Vorliegen eines schutzzielorientierten Brandschutzkonzeptes können unter Umständen geringere Anforderungen an die Fassade gestellt werden, ggf. kann hier die Klassifizierung „normalentflammbar“ als ausreichend betrachtet werden.

Bereits zu Beginn der ersten Planung sollte ein Brandschutz-Sachverständiger konsultiert werden, um den unterschiedlichen Anforderungen vollumfänglich gerecht zu werden.