Zukunftsweisend: Photovoltaik-Fassade ganz ohne mechanische Befestigung
Innovationsbereit, das sind sowohl die Ed. Züblin AG, einer der größten Bauunternehmen Deutschlands, als auch die Kömmerling Chemische Fabrik GmbH, Hersteller von Kleb- und Dichtstoffen aus Pirmasens. Im Rahmen eines Forschungsprojektes, bei dem die Umsetzung gebäudeintegrierter Photovoltaikanlagen (BiPV) getestet wird, haben die beiden Innovationstreiber zusammengearbeitet. Testobjekt ist das Züblin-Bürogebäude Z3 in Stuttgart. Hier wurde die Südfassade mit PV-Modulen nach einem Entwurf von UNStudio versehen, die lediglich durch eine strukturelle, lastabtragende Klebung befestigt sind – ganz ohne zusätzliche mechanische Sicherung.
Ab 2020 sollen alle Neubauten in den Mitgliedsstaaten der Europäischen Union so viel Energie erzeugen, wie sie verbrauchen. Das wurde im Rahmen der Klimaschutz- und Energieeffizienzziele des Staatenverbundes festgelegt. Um die strengen EU-Richtlinien umzusetzen, sind Photovoltaikanlagen gefragt, da sie gebäudenah erneuerbare Energie erzeugen und dabei emissions-, lärm- und wartungsarm sind. Übernimmt das Photovoltaik-Modul durch Gebäudeintegration auch noch eine Gebäudefunktion wie Witterungsschutz, können zudem konventionelle Bauprodukte eingespart werden. Für Niedrigstenergiegebäude ebenfalls notwendig, ist die zusätzliche Nutzung der Fassadenfläche zur Energiegewinnung.
Der Nachteil bisheriger sogenannter Building Integrated Photovoltaics (BiPV): Die Standardisierung der Elemente macht eine individuelle Fassadengestaltung schwierig. Zudem wirken Rahmen und mechanische Befestigungen herkömmlicher Module optisch störend. Aber es sind auch ästhetisch ansprechende, maßgeschneiderte Lösungen möglich: Am Züblin Gebäude Z3 in Stuttgart konnte 2017 im Rahmen des EU-geförderten Forschungsprojektes Construct PV eine geklebte Photovoltaik-Fassade mit Siebdruckmuster realisiert werden. Dank eines speziellen, lastabtragenden Klebstoffs von Kömmerling fügen sich die Elemente ganz ohne mechanische Zusatzsicherung harmonisch in die Architektur ein.
Gebäudeintegrierte Photovoltaik – von der Theorie in die Praxis
Die Installation der Photovoltaik-Module an der Südfassade des Z3 war der Höhepunkt des Projekts Construct PV, das bereits 2013 initiiert, und von der Ed. Züblin AG koordiniert wurde. Ziel war es, beispielhafte Anwendungen effizienter und kostengünstiger gebäudeintegrierter Photovoltaik für opake Flächen in der Gebäudehülle zu entwickeln. Das niederländische Architekturbüro UNStudio entwarf dazu zunächst eine Musterfassade, mit bereits bestehenden Möglichkeiten der Gebäudeintegration. Eine der gezeigten Fassadentypen stellte die vorgehängte hinterlüftete Fassade dar – wie die des Bürogebäudes Z3 auf dem Züblin-Campus in Stuttgart.
Das Z3 wurde 2012 nach Plänen von MHM architects aus Wien fertiggestellt. Als Niedrigstenergie-Gebäude ist es mit einem DGNB-Zertifikat in Gold ausgezeichnet. Charakteristisch für den Bau sind die vor- und zurückspringenden 18 Meter hohen Lisenen aus brettschichtverleimtem, unbehandeltem Lärchenholz, die zur Verschattung beitragen. Sie stehen im Kontrast zu dazwischen liegenden, dunkel wirkenden Fassadenstreifen, bei denen sich Fenster und graphitgraue Glasbrüstungen abwechseln. Die Brüstungen aus ESG-Scheiben wurden nach dem Structural-Glazing-Prinzip lastabtragend geklebt. Im Rahmen von Construct PV wurden sie auf der Südfassade gegen Glas-Glas-Photovoltaik-Module ausgetauscht – ebenfalls ganz ohne zusätzliche mechanische Befestigung.
Zustimmung im Einzelfall für lastabtragende Verklebung
Ausschlaggebendes Regelwerk für Structural Glazing Fassaden ist die Europäische Technische Zulassung 002 (ETAG 002), sie unterteilt Fassadenkonstruktionen in vier Typen. Lastabtragende Verklebungen ohne jegliche ergänzende Haltevorrichtungen werden in der Leitlinie nach Typ IV geregelt. In Deutschland sind bisher nur Systeme mit mechanischem Eigengewichtsabtrag nach Typ I und II zugelassen, sodass eine Dauerbeanspruchung der Klebefuge grundsätzlich nicht zulässig ist. Für die Umsetzung der rein verklebten PV-Module am fünfgeschossigen Z3 musste deshalb eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) beantragt werden. Diese wurde durch einen speziellen Klebstoff und einen innovativen Aufbau der PV-Elemente erreicht. So steht die Frontscheibe der Glas-Glas-PV-Module seitlich über. Dieser Stufenaufbau erlaubt die unabhängige Verklebung der Front- und der Rückscheibe auf der Unterkonstruktion, so dass die Lastabtragung aufgeteilt wird.
Den passenden Klebstoff lieferte Kömmerling. Der Spezialist für qualitativ hochwertige Kleb- und Dichtstoffe unterstützte zudem den Genehmigungsprozess durch rechnerischen Nachweis der notwendigen Klebefugen-Dimensionierung zwischen PV-Modul und Unterkonstruktion. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Pirmasens ist in der Entwicklung innovativer, maßgeschneiderter Lösungen in enger Zusammenarbeit mit den Kunden erprobt – Forschung und Entwicklung zählt zu den Kernkompetenzen Kömmerlings. Ziel ist es, marktführende Technologien zur Verbesserung der Energieeffizienz und dem Ersatz mechanischer Verbindungen zu schaffen. Dafür verfügt der Hersteller über modernste Prüf- und Messtechnik mit der die Produkte auf ihre Eigenschaften und auf ihre zukünftige Anwendung getestet werden können. Das globale Kömmerling Vertriebsnetz in mehr als 70 Ländern sorgt für eine zuverlässige Kundenbetreuung und maßgeschneiderten Service während der gesamten Projektdauer.
Für die neue Photovoltaik-Fassade des Z3 kam das 2-K Structural Glazing Silikon Ködiglaze S zum Einsatz. Structural Glazing – strukturelle Verklebung – bezeichnet die Glasmontagetechnik wie sie beim Züblin-Bürogebäude umgesetzt wurde. Statische und dynamische Lasten auf der Außenfassade wie zum Beispiel Eigengewicht, Wind- und Schneelasten sowie thermische Ausdehnung werden dabei über die strukturelle Verklebung auf die Unterkonstruktion übertragen. Kömmerling Structural Glazing Silikone zeichnen eine hohe mechanische Festigkeit bei gleichzeitig hoher Elastizität aus. Zudem sind sie sehr ergiebig. Für die gesamte etwa 240 Quadratmeter große Fassadenfläche des Züblin-Bürogebäudes wurden nur 250 Kilogramm benötigt.
Höherer PV-Energieertrag dank Dreiteilung
Doch nicht nur bei der Befestigung ging das Projekt neue Wege, auch das Innenleben der Photovoltaik-Module birgt technische Innovationen. Da die vorspringenden Holzlisenen die Module teilweise verschatten, wurde jedes Element elektrisch dreigeteilt und die jeweiligen Zellen entsprechend ihrer Position mit anderen Modulen zusammengeschaltet. So wird selbst dann Energie erzeugt, wenn nur ein Teil eines Paneels von der Sonne beschienen wird. Die Wasserdampfsperre für die vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und Meyer Burger entwickelten PV-Elemente lieferte ebenfalls Kömmerling: Das Butyltape HelioSeal® PVS 101 schützt den Modulzwischenraum vor eindringender Feuchte und stellt somit die Langzeitstabilität der PV-Paneele sicher. Insgesamt wurden an der Südfassade des Züblin-Bürogebäudes 186 Photovoltaik-Module in sechs verschiedenen Größen installiert. Die Fläche kommt auf eine Gesamtleistung von 30 kWp und soll einen elektrischen Ertrag von 17.000 kWh/Jahr liefern. Diese Ausbeute würde reichen, ein durchschnittliches Einfamilienhaus etwa ein halbes Jahr mit Energie zu versorgen. Die gewonnene Energie wird in das Z3-Gebäude eingespeist. Wissenschaftlich erfasst und überwacht wird der Solarstrom-Ertrag vom ISE.
Ästhetische Tarnung ausgeklügelter Technik
Um Photovoltaik-Module harmonisch in die Gebäudegestaltung mit einzubinden, sind neben konstruktiven ebenso gestalterische Lösungen gefragt. Und so widmete sich das Architekturbüro UNStudio nicht nur der Positionierung der Module, sondern auch der Gestaltung der Elemente. Verschiedene Siebdrucke kamen schon bei der Musterfassade zum Einsatz. Für das Bürogebäude Z3 wählten die Architekten ein Design, das dem gezackten Profil der Holzlisenen entlehnt ist. In Kombination mit der unsichtbaren Befestigung von Kömmerling fügen sich die PV-Elemente somit harmonisch in das architektonische Gesamtbild ein. Erst bei genauerem Hinsehen werden die Photovoltaik-Module als solche identifizierbar.
Kömmerling hat mit diesem Projekt einmal mehr seine Innovationskompetenz als internationaler Technologieführer bewiesen. Die Lösung bringt neben technischen auch ästhetische Vorteile, was vor allem für Architekten von Relevanz ist. Damit hat die Entwicklung großes Potenzial verstärkt angewendet zu werden und künftig dank gebäudeintegrierter PV-Module für umweltschonendere Energiegewinnung zu sorgen. Kömmerling bleibt so seiner Philosophie, nachhaltige Technologien zu entwickeln, treu.
Über die Kömmerling Chemische Fabrik GmbH
Seit Ende Oktober 2017 ist die Kömmerling Chemische Fabrik GmbH Teil des US-amerikanischen Klebstoffkonzerns H.B. Fuller. Die Akquisition der Kömmerling-Muttergesellschaft, der Royal Adhesives & Sealants, schließt auch die deutschen Standorte in Pirmasens und Langelsheim mit ein. Gemeinsam avancieren die Unternehmen zum weltweit größten Anbieter von Kleb- und Dichtstoffen für Isolierglasanwendungen. Mit der Akquisition steigt der Jahresumsatz des weltweit tätigen amerikanischen Klebstoffkonzerns H.B. Fuller auf 2,8 Milliarden US-Dollar. In Kombination mit Royal/Kömmerling vertieft H.B. Fuller seine Expertise in hochwertigen Kleb- und Dichtstoffanwendungen, die in einer Reihe von Branchen wie Elektronik, Hygiene, Medizin, Transport, Bau und Erneuerbare Energien eingesetzt werden.
Weitere Informationen und Belegexemplar an:
Kömmerling Chemische Fabrik GmbH
Dr. Knut Göke
Zweibrücker Str. 200
D-66954 Pirmasens
Tel: +49 6331 56-2330
Fax: +49 6331 56-1110
E-Mail: marketing@koe-chemie.de
www.koe-chemie.de
Weitere Informationen zum Forschungsprojekt Construct PV finden Sie unter: www.constructpv.eu
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Das Züblin-Bürogebäude Z3 wurde 2012 nach Plänen von MHM architects aus Wien fertiggestellt. Seit 2017 werden an der Fassade lastabtragende Verklebungen von PV-Modulen getestet. Die Kömmerling Chemische Fabrik GmbH lieferte den passenden Klebstoff.
Bildnachweis: Ed. Züblin AG
Um eine Verklebung ohne zusätzliche mechanische Befestigung zu ermöglichen, ist das PV-Modul stufenförmig aufgebaut.
Bildnachweis: Ed. Züblin AG
Der Stufenaufbau erlaubt die unabhängige Verklebung der Front- und der Rückscheibe auf der Unterkonstruktion, so dass die Lastabtragung aufgeteilt wird.
Bildnachweis: Ed. Züblin AG
 Das Siebdruckmuster auf den PV-Modulen gestaltete das niederländische Architekturbüro UNStudios. Es greift das gezackte Profil der Holzlisenen auf, die dem Z3 sein markantes Äußeres verleihen.
Bildnachweis: Ed. Züblin AG
Der Umsetzung von geklebten PV-Modulen am Züblin-Bürogebäude Z3 ging die Konstruktion einer Musterfassade voraus. Sie wurde von UNStudio entworfen und zeigte verschiedene gebäudeintegrierten Photovoltaik-Möglichkeiten.
Bildnachweis: Ed. Züblin AG |