Installation von Solaranlagen auf Dächern (Aufdachmontage)

photo: Heiko Schwarzburger

Photovoltaikanlagen auf eine bestehende Dacheindeckung zu installieren, ist inzwischen schon Standard. Eine Vielzahl von Montagesystemen erlauben es, die Solarmodule schnell und sicher zu installieren – auch bei hohen Lasten aus Wind oder Schnee. Dadurch sind solche Solargeneratoren inzwischen sehr preiswert zu errichten. Die Statik wird anhand der Voraussetzungen der Dachkonstruktion ausgelegt.

Inhalt des Dossiers Aufdachmontage:
Montage von Solarmodulen (kristalline und Dünnschichtmodule),
Montage auf Schrägdächern (Dachziegel),
Montage auf Flachdächern (Folie, Bitumen und andere),
Montage auf Trapezblechdächern,
Hinweise zur Statik und Auslegung,
Hinweise zur Normung (Dachlasten und Montage),
Hinweise zur Kabelführung (DC, AC),
Hinweise zum Schutz vor Tierschäden,
Schutz vor Blitzen und Überspannungen,
Arbeitsschutz bei der Dachmontage.

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Installation von Solarmodulen in die wasserführende Schicht (Indachmontage)

photo: Solarwatt

Bei Schrägdächern kann es aus optischen Gründen oder aus Anforderungen des Denkmalschutzes sinnvoll sein, die ursprüngliche Eindeckung komplett durch Solarmodule zu ersetzen. Dann liegen sie in der wasserführenden Schicht. Solche Indachsysteme müssen selbstredend sehr gut abgedichtet sein. Ein Problem ist die ausreichende Hinterlüfung der Paneele, um ihre Überhitzung im Sommer zu vermeiden.

Inhalt des Dossiers Indachmontage:
Indachmontage von Solarmodulen (kristalline und Dünnschichtmodule),
semitransparente Solardächer mit Glas-Glas-Modulen,
Montage von solaren Dachziegeln,
Hinweise zur Statik und Auslegung,
Hinweise zur Normung (Dachlasten und Montage),
Hinweis zur Überkopfverglasung,
Hinweise zur Kabelführung (DC, AC),
Hinweise zum Schutz vor Tierschäden,
Schutz vor Blitzen und Überspannungen,
Arbeitsschutz bei der Dachmontage.

Das Spektrum der ästhetischen Möglichkeiten reicht von Standardmodulen über farbige Module mit nicht reflektierenden Oberflächen bis zu Solarmodulen oder solarthermischen Sammlern, die als Dachschindeln verfügbar sind. Solche Lösungen sind geeignet, höchsten Ansprüchen von Bauherren und Architekten an Schrägdächer zu genügen. Solche Produkte werden auch bei der Sanierung historischer Gebäude eingesetzt. Selbst Tonnendächer mit sphärischen Solarmodulen sind möglich. Mehr noch: Die Solartechnologie wird Bestandteil des Dachdesigns. Im Gebäude erzeugt sie eine ganz eigene Lichtstimmung.

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Montage von Solarfassaden (PV)

photo: PVP

Die Fassade eines Gebäudes ist in der Regel optisch präsent und ein wichtiges Gestaltungselement der Architektur. Aus diesem Grund sind die ästhetischen Ansprüche an Fassadensysteme besonders hoch. Die Industrie bietet dem Architekten beinahe unbegrenzte Möglichkeiten an.

Inhalt des Dossiers Fassadenmontage:
Fassadenmontage von Solarmodulen (kristalline und Dünnschichtmodule),
semitransparente Solarfassaden,
Hinweise zur Statik und Auslegung,
Hinweise zur Normung (Lasten und Montage),
Hinweise zur Kabelführung in der Fassade (DC, AC),
Hinweise zum Schutz vor Tierschäden (Kaltfassaden),
Schutz vor Blitzen und Überspannungen,
Arbeitsschutz bei der Fassadenmontage.

Am einfachsten ist Einsatz von Serienmodulen, die aber eine baurechtliche Zulassung für die Fassaden benötigen. Die Anforderungen können von Land zu Land stark variieren. Andernfalls ist die aufwändige Prüfung im Einzelfall notwendig.

Speziell angefertigte Fassadenmodule nach Aufmaß des Architekten sind freilich kostenintensiver. Doch sie bieten dem Architekten alle Gestaltungsmöglichkeiten wie bei konventionellen Verbundgläsern. Die Produkte reichen von semitransparenten Modulen in mehreren Farben bis hin zu farbigen Modulen, die die Solartechnologie komplett aus dem Blickfeld verschwinden lassen. Auch bedruckte Solarmodule sind bereits verfügbar. Bei solarthermischen oder Solarluftkollektoren gibt es diese Vielfalt nicht.

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PV-Modultechnik: Dünnschichtmodule

photo: Solar Frontier

Die Dünnschichtphotovoltaik kann gerade bei der Integration in die Gebäudehülle ihre Stärken ausspielen. Anders bei kristallinen Modulen ist ihre Oberfläche nicht durch separate Waferzellen aus Silizium strukturiert. Sondern die photoaktiven Halbleiter werden großflächig dem Glas abgeschieden. Erst danach werden die Zellen getrennt – durch Lasertechnik oder hauchfeine Nadeln. Deshalb entspricht die Optik solcher Solarmodule dem Erscheinungsbild klassischer Verbundgläser. Die Vielfalt der Farben, Bauformen und Baugrößen ist nahezu unbegrenzt.

Inhalt des Dossiers Dünnschichtmodule:
Module aus Cadmiumtellurid (CdTe),
Module aus Kupfer-Indium-Zellen (CIGS/CIS),
Module aus amorphem oder mikrophorphem Silizium,
Schutz vor Blitzen und Überspannungen,
Entsorgung und Recycling.

Meist werden die Dünnschichtmodule ohne Rahmen hergestellt, was zwei Vorteile mit sich bringt: Zum einen entstehen dadurch homogene Flächen. Auf der anderen Seite sind sie leichter und einfacher zu montieren. Wie bei allen Modulen müssen auch die Dünnschichtmodule für die Installation in der Fassade oder am Dach zugelassen sein.

Dünnschichtmodule sind gut geeignet für Solaranlagen, die nicht optimal zur Sonne ausgerichtet sind – beispielsweise Fassaden. Denn sie kommen besser mit schwachem und diffusem Licht zurecht.

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PV-Modultechnik: Kristalline Module

photo: Heiko Schwarzburger

Die kristalline Photovoltaik ist die am weitesten verbreitet. Eine ganze Reihe von Fassadenanlagen wurden damit inzwischen realisiert. Kristalline Siliziummodule bieten dem Architekten einen hohen Spielraum in der Gestaltung.

Inhalt des Dossiers Kristalline Module:
Module aus polykristallinem Silizium,
Module aus monokristallinem Silizium,
Glas-Folie-Module,
Glas-Glas-Module,
größere Module (72 oder 96 Zellen),
Hinweis zur Überkopfverglasung,
Hinweise zur Kabelführung (DC, AC),
Schutz vor Blitzen und Überspannungen,
Entsorgung und Recycling.

Voraussetzung für die Integration in die Gebäudehülle ist, dass die Module den Baunormen entsprechen und für Fassaden oder Dächern zertifiziert sind. Deshalb kommen in der Gebäudeintegration vor allem Glas-Glas-Module zur Anwendung.

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PV-Modultechnik: Organische Solarelemente

photo: Opvius

Die wohl größte Freiheit im Design bietet die organische Photovoltaik (OPV). Die Module bestehen aus mehreren Schichten organischer Mono- oder Polymere, die auf einem Trägermaterial – meist eine flexible Folie – aufgebracht werden. Die vorgefertigten Halbleiterrohlinge werden nach den Wünschen der Kunden geschnitten und kontaktiert. Hier gibt es keinerlei Einschränkungen bis hin zur vollständigen Transparenz der Kontakte.

Inhalt des Dossiers Organische Solarelemente:
Organische Solarmodule,
Fassadenmontage von OPV,
Hinweise zur Kabelführung in der Fassade (DC, AC),
Hinweise zum Schutz vor Tierschäden (Kaltfassaden),
Schutz vor Blitzen und Überspannungen,
Arbeitsschutz bei der Fassadenmontage.

Organische Solarmodule werden in allen erdenklichen Farben hergestellt. Auch Semitransparenz ist möglich. Die Bandbreite der Anbieter reicht vom Glashersteller über Produzenten von Membranfolien für komplexe Dachkonstruktionen bis zu Anbietern von Bauelementen aus Beton, Faserzement, Stahl oder Aluminium. Dadurch kann der Architekt zunächst mit seinen ihm bekannten Bauelementen planen, die schon die bekannten Baunormen und Baurichtlinien erfüllen. Allerdings muss er die Verschaltung der Solarprodukte planen.

Organische Solarfolien haben sie ein besseres Schwachlichtverhalten als kristalline Module. Sie erzeugen auch bei bewölktem Himmel oder indirekter Sonneneinstrahlung ausreichend Strom. Zudem sinkt ihre Leistung nicht bei steigenden Temperaturen.

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PV-Modultechnik: Solare Dachziegel

photo: DZW Nelskamp

Solare Dachziegel sind eine Besonderheit der Integration von Photovoltaikanlagen in Gebäudedächer (Indachsysteme). Bei der Herstellung wird in einen gängigen Dachziegel aus Ton, Beton oder Kunststoff ein kleines Solarmodul integriert. Dieses wird oft sogar eingefärbt, so dass es mit dem eigentlichen Dachziegel farblich verschmilzt. Damit ist die Technologie nicht mehr sichtbar. Der Architekt kann eine konventionelle Dachoptik mit der Integration einer Solaranlage kombinieren. Die Dachziegel sind vor allem für die Sanierung historischer Gebäude geeignet, die eigentlich unter Denkmalschutz stehen.

Inhalt des Dossiers Solare Dachziegel:
Montage von photovoltaischen Dachziegeln,
Hinweise zur Kabelführung (DC, AC),
Hinweise zur Leistungselektronik,
Hinweise zum Schutz vor Tierschäden,
Schutz vor Blitzen und Überspannungen,
Arbeitsschutz bei der Dachmontage.

Wichtig bei den solaren Dachziegeln: Das Dach muss von hinten gut begehbar sein, denn eine Vielzahl von Kabeln und die Leistungselektronik brauchen entsprechenden Platz – auch für spätere Inspektionen oder Wartungsarbeiten. Hinzu kommt die Abwärme der kleinen Ziegelmodule, die abgeführt werden muss. Ein entscheidender Vorteil ist die einfache Reparatur: Solardachziegel werden wie Dachziegel ausgetauscht.

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PV-Technik: Verkabelung und Leistungselektronik

photo: IBC Solar

Solarmodule oder solare Dachziegel erzeugen elektrischen Gleichstrom, der in Kabeln gesammelt und vom Dach oder aus der Fassade geführt werden muss. Der Gleichstrom wird in Wechselrichtern in Wechselstrom umgesetzt, um ihn im Gebäude nutzen oder ins Stromnetz einspeisen zu können. Je nach Anwendung gibt es eine Vielzahl von Produkten für die DC- oder AC-Verkabelung, die Leistungselektronik (Wechselrichter), für Sicherungen und Freischalter.

Inhalt des Dossiers Verkabelung und Leistungselektronik:
DC-Verkabelung von Solarmodulen (Aufdach, Indach, Fassade),
DC-Verkabelung von solaren Dachziegeln (PV),
Wechselrichter für Modulstrings (Dachanlagen),
Wechselrichter für Solarfassaden,
DC-DC-Leistungsoptimierer,
Sicherungen und Freischalter (DC),
Sicherungen und Freischalter (AC),
Schutz vor Blitzen und Überspannungen,
Hinweise zum Schutz vor Tierschäden (DC-Modulfeld),
Hinweise zur Inspektion und Wartung.

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Solararchitektur und Stromspeicher

photo: Heiko Schwarzburger

Photovoltaische Solarmodule erzeugen Strom, den man im Gebäude speichert, um Erzeugung und Verbrauch möglichst in Deckung zu bringen. Der Strom aus Solarmodulen lässt sich problemlos mit Strom aus BHKW, Brennstoffzellen oder dem Stromnetz (Windstrom) mischen. Der Vorteil der Solarstromtechnik: Man kann den Strom auch in nutzbare Wärme oder für Elektroautos verwenden. Deshalb ist Sonnenstrom in der Regel höherwertig als Solarthermie, von einigen kommerziellen Anwendungen mit hohem Warmwasserbedarf im Sommer abgesehen (Hotellerie, Landwirtschaft, industrielle Prozesswärme)

Inhalt des Dossiers Stromspeicher:
Grundlagen der Speicherung von Sonnenstrom,
Speicherbatterien (Blei, Lithium) für Sonnenstrom,
Sonnenstrom und Redox-Flow-Batterien,
netzgeführte und Inselsysteme (Notstrom),
Sonnenstrom für Trinkwasser und Wärmepumpen,
Schutz vor Überspannungen und Brand für Solarbatterien,
autarke Vollversorgung mit Eigenstrom.

Gleichgültig, welche Form der Energieversorgung zum Einsatz kommen soll: Im Gebäude müssen entsprechende Räumlichkeiten für die Speicher, die Verrohrung, Armaturen oder die Batterien, Verkabelung oder Entlüftung (Bleibatterien) vorgesehen werden.

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Solararchitektur und Elektromobilität

photo: ClickCon/Honda

Die Elektromobilität ist auf dem Vormarsch: Immer mehr Autohersteller bieten entsprechende Modelle an. Doch die Frage ist: Wo können die Besitzer der Elektroautos ihre Fahrzeuge laden? Im Einfamilienhaus ist das in der Regel kein Problem. Die Garage oder der Carport wird mit einer leistungsfähigen Steckdose, einer Wallbox oder einer Ladesäule bestückt. Dann mutiert das Gebäude zur Tankstelle. Der wirtschaftliche Vorteil des Eigenverbrauchs von Solarstrom und anderen Generatoren im Gebäude steigt deutlich an.

Inhalt des Dossiers Elektromobilität:
Grundlagen der Ladetechnik für E-Fahrzeuge,
Leistungsanforderungen an die Gebäudeelektrik,
Größe des Stromzwischenspeichers,
E-Mobilität und Sonnenstrom,
E-Mobile versorgen mit stationären Brennstoffzellen und BHKW.

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Solararchitektur und Wärmepumpen

photo: Soleg

Inzwischen werden die meisten neuen Gebäude mit einem sehr hohen Wärmedämmstandard errichtet. Wärmepumpen als moderne Heiztechnik lassen sich sehr gut mit Sonnenstrom vom eigenen Dach oder aus der Fassade betreiben. Auch solarthermische Kollektoren sind geeignet, den Vorlauf der Wärmepumpen anzuheben, um ihre Effizienz deutlich zu steigern.

Inhalt des Dossiers Wärmepumpen:
Bauarten und Anwendungen von Wärmepumpen (Luft, Wasser, Erdreich),
Besonderheiten der Luft-Wärmepumpen,
Besonderheiten der Wasser-Wärmepumpen,
Besonderheiten der Erd-Wärmepumpen,
Kopplung von Wärmepumpen mit Sonnenstrom,
Wärmepumpen für warmes Trinkwasser.

Schon bei der Gebäudeplanung ist es wichtig, die Wärmeversorgung mit Wärmepumpen zu integrieren und Voraussetzungen für die Installation sowie den effizienten Betrieb zu schaffen. Wärmepumpen eignen sich oft sehr gut für die energetische Sanierung von Bestandsgebäuden, vor allem im ländlichen Raum.

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Gebäude planen mit der Sonne

photo: SolarWorld

Wer Solarenergie nutzen will, muss vor der Errichtung eines Gebäudes einiges beachten: Ausrichtung des Baukörpers, Lage und Neigung der Dachflächen, zusätzliche Dachflächen (Wintergärten, Überdachung einer Veranda, Carports), geeignete Fassaden und Verschattung. Denn ist das Gebäude optimal gestaltet, können seine Nutzer die Sonnenenergie sehr effizient anwenden. Damit sinken die Betriebskosten des Gebäudes erheblich.

Inhalt des Dossiers Solarplanung:
Grundlagen von Solargebäuden (Ausrichtung, Verschattung),
Dächer solar nutzen,
Fassaden solar nutzen,
Nebengebäude und Anbauten solar nutzen,
Zusammenarbeit von Architekten, Gebäudeplanern und Solarplanern.

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Solare Lüftung, Kühlung und Kältetechnik

photo: REC

Solartechnik bietet die Möglichkeit, sommerlich überhitzte Räume zu belüften, zu kühlen oder spezielle Anwendungen mit Prozesskälte zu versorgen. Solarthermische Systeme benötigen dazu in der Regel einer aufwändigen Hydraulik. Bei größeren Kühllasten werden sehr große solarthermische Kollektorfelder benötigt, zudem groß dimensionierte Rückkühler. Pumpen, Ventilatoren und Aggregate der solarthermischen Kühltechnik werden ohnehin mit Strom betrieben. Deshalb ist es wirtschaftlich meist viel einfacher, die Klima- und Kältetechnik durch gängige elektrische Systeme abzudecken. Der Sonnenstrom, der ohnehin in der Mittagshitze zur Verfügung steht, wird direkt in die Kühlaggregate oder die Kältetechnik geschickt. Sie arbeiten mit elektrischen Kompressoren, setzen den preiswerten Sonnenstrom in kostbare Kälte um.

Inhalt des Dossiers Solare Kältetechnik:
Raumkühlung mit Sonnenstrom,
Elektrische Kältetechnik und Sonnenstrom.

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