KAPITEL KONKLUSION - KONKLUSION DER DISSERTATIONSARBEIT KONKLUSION DER DISSERTATION AUSBLICK IN DIE ZUKUNFT 155

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1 KAPITEL KONKLUSION - KONKLUSION DER DISSERTATIONSARBEIT KONKLUSION DER DISSERTATION GEWONNENE ERKENNTNISSE [GIPV] 111 Grundlegende Feststellungen Einfluss des Breitengrades 111 Allgemeine Erkenntnisse Dach-und Fassadenintegration im Vergleich WEITERE EINFLUSSFAKTOREN ERGEBNISSE DER `TOUGHNESS-KRITERIEN 118 T - Photovoltaik-Typ Besonderheiten Glas/Glas-Module Farbe Wirkungsgrad Resumé der T-Kriterien 122 O - Ort [Standort / Lage / Ausrichtung] Breitengrad Ausrichtung Nicht erwartete Resultate Ergebnis Resumé der O-Kriterien 130 U - Ort [Standort / Lage / Ausrichtung] 130 G - GIPV / Gestaltungsfaktor 130 H - Hindernisse / Verschattungen Ohne Verschattung / Dachintegration Mit Teilverschattung / Dachintegration Ohne Verschattung / Fassadenintegration Mit Teilverschattung / Fassadenintegration Teilverschattung / Fassade / 2-achsige Nachführung Besonderheiten Anzahl der Wechselrichter Einfluß meteorologischer Daten Add-On -Systeme Ergebnis / Besonderheiten 140 N - Neigung der Photovoltaik 141 E - Ertrag (Spezifischer Jahresertrag) 143 S - Spezifischer Ertrag / a [Mittelwert] 144 S - Spitzenwert Spezifischer Jahresertrag 145 Allgemeine Erkenntnisse KONKLUSION / PERFORMANCE RATIO 147 SYNTHESE AUS DER DISSERTATIONSSTUDIE AUSBLICK IN DIE ZUKUNFT ZUKUNFT DER GEBÄUDEINTEGRATION VON PV 156 Bibliographie

2 5.0 KONKLUSION Ziel / Absicht / Abkürzungen KAPITEL 5 KONKLUSION ZIEL Das Ziel dieses Kapitels ist es, die aus der Forschungsarbeit erzielten Ergebnisse in Form einer Konklusion zu erläutern. ABSICHT Dieses Kapitel dient dazu, folgende Punkte darzustellen: 1a. Konklusion aus der Dissertationsbearbeitung 1b. Welche Erkenntnisse können aus der Disseratationsbearbeitung für die Gebäudeintegration von Photovoltaik gewonnen werden? [Jeweils getrennt bzw. im Vergleich von Dach- und Fassadenintegrations- Beispielen] - Allgemeine Feststellungen / Besonderheiten - Weitere Einflußfaktoren - Untersuchung nach den `TOUGHNESS -Kriterien 1c. Synthese aus der Dissertationsstudie 2a. Ausblick aus den gewonnen Erkenntnissen für die Zukunft der Gebäudeintegration von Photovoltaik? 2b. Hat Photovoltaik und dessen Integration in die Architektur eine Zukunft? ABKÜRZUNGEN GIPV Gebäudeintegrierte Photovoltaik PV Photovoltaik STC `Standard Test Conditions - Standard Test Bedingungen [Horizontale Einstrahlung: 1000 W/m 2 ; AM=1,5; Zellentemperatur T=25 C] 110

3 5.0.1 GEWONNENE ERKENNTNISSE / GIPV KONKLUSION AUS DER DISSERTATION Es sollen nachfolgend die aus der Dissertationsbearbeitung gewonnenen Erkenntnisse erläutert werden, um somit eine abschließende Stellungnahme zu dem bearbeitenden Thema zu machen. Nach der Analyse und Beschäftigung mit dem Thema der Gebäudeintegration, sowie der detaillierten Auswertung und dem Vergleich der erzielten Ergebnisse der Dissertationsstudie stellt die Konklusion mit dem anschließenden kurzen Ausblick in die Zukunft die Kernaussage der Dissertation bzw. das Resumé der Forschungsarbeit dar. Mit der abschließende Fragestellung, ob Photovoltaik bzw. deren Integration in die Architektur eine Zukunft hat und wenn ja, wo die noch zu überwindenden Hinderungsgründe der weitflächigen Anwendung in diesem Gebiet liegen GEWONNENE ERKENNTNISSE / GIPV Nach Analyse und Auswertung der Projektbeispiele und deren Vergleich in Form von den aufgestellten Kriterien (Kapitel 4), lassen sich die anschließenden Aussagen hinsichtlich der Anwendung von Photovoltaik im Bereich des 55. und 47. nördlichen Breitengrades aufstellen. Die erzielten Erkenntnisse aus der Dissertationsstudie werden zusammengefasst und mit Werten und Angaben aus den untersuchten Beispielen belegt. Hierbei werden meist zwei charakteristische Projekte zur Unterstreichung der jeweiligen Aussage angeführt. Meist sind jedoch für die entsprechend erzielten Werte und Daten mehrere Faktoren ausschlaggebend, die projektbezogen im Anhang B erläutert werden. In diesem Kapitel handelt es sich darum die im Gesamtzusammenhang festzustellenden Aussagen hinsichtlich der Gebäudeintegration lediglich mit einem Verweis auf die untersuchten Beispiele zu belegen. Im ersten Abschnitt werden grundlegende Feststellungen zusammengefasst, die auch Dach- und Fassadenintegrationen vergleichen; im zweiten Abschnitt werden schließlich detailliertere Angaben im Rahmen einer Unterteilung in Dachintegration und Fassadenintegration von Photovoltaik gemacht. Grundlegende Feststellungen: EINFLUSS DES BREITENGRADES Die erwartenden wesentlich höheren Spezifischen Jahreserträge der Projekt Breitengrad GIPV Stadtwerke Konstanz 47,20 N Dachintegration BP-Pavillon (U.K.) 52,45 N Vordach südlicheren Breitengrade in Deutschland und England gegenüber den nördlicheren Breitengraden sind durch die Studie entgegen den Erwartungen nicht deutlich in Erscheinung getreten. Vielmehr wurden auch in südlicheren Breitengraden - Gebäudeintegrationsbeispiele für Ausrichtung Süd -5 Süd 0 Dachintegration - Projekt Stadtwerke Konstanz [47. nördlicher PV-Neigung /30 /35 Breitengrad / Dachintegration / Spezifischer Jahresertrag: 746 kwh/ Farbe blaue Zellen blaue Zellen Besonderheit Spez. Jahresertrag keine Vorsortierung Teilverschattung 746 kwh/(kwp x a) keine Vorsortierung keine Verschattung 800 kwh/(kwp x a) (kwp x a) / blaue Zellen / Ausrichtung -5 /Süd / geringe Verschattung] teilweise wesentlich niedrigere Werte für den Spezifischen Jahresertrag gegenüber Projekten beispielsweise am 52. nördlichen Breitengrad 111

4 5.0 KONKLUSION Grundlegende Fesstellungen erzielt, Beispiele der Projekte 1-4R (BP Pavillon / Messehalle Expo Hannover / Steinhuder Meer / Üstra Betriebsgebäude in Hannover), exemplarisch: BP-Pavillon (Port Talbot / Birmingham), England / Dachintegration [Spezifischer Jahresertrag: 800 kwh/(kwp x a)] erzielt. Bei den beiden Beispielen muß jedoch erwähnt werden, daß bei dem Projekt Stadtwerke Konstanz auf Grund einer Teilverschattung durch Service-Pavillon Steinhuder Meer einen Sendemast Minderungen auftreten (Details hierzu siehe Anhang B Projekt Breitengrad F.-Akademie Herne 51,32 N KMF / Erlangen 49,32 N / Projekt Konstanz). Es sind auch noch gewichtigere Unterschiede zum Beispiel bei dem Projekt der Fortbildungsakademie Herne [51,32 N / Dachintegration, 5 PV-Neigung / Spezifischer Jahresertrag 628 kwh/(kwp x a)] und dem Projekt Erlangen GIPV Dachintegration Vordach Ausrichtung Süd -35 Süd +5 [49,32 N / Vordach, 20 /30 /35 PV-Neigung / starre Anlage / Spezifischer PV-Neigung System Besonderheit Spez. Jahresertrag 5 starre Anlage Teilverschattung 628 kwh/(kwp x a) 20 /30 /35 starre Anlage Teilverschattung 682 kwh/(kwp x a) Jahresertrag: 682 kwh/(kwp x a)] beispielsweise gegenüber dem Projekt Steinhuder Meer [52,40 / 30 -PV-Neigung Spezifischer Jahresertrag 800 kwh/(kwp x a)] und dem Projekt Messehalle 7, Hannover [52,10 / 40 -PV-Neigung Spezifischer Jahresertrag 797 kwh/(kwp x a)] Projekt Steinhude Messehalle / Hannover oder dem Projekt Üstra Hannover-Leinhausen Breitengrad 52,40 N 52,10 N [52,10 / 10 -PV-Neigung / Dachintegration, Flachdachaufständerung / GIPV Dachintegration Dachintegration Ausrichtung PV-Neigung System Besonderheit Spez. Jahresertrag Projekt Breitengrad Süd 0 30 starre Anlage keine Verschattung 800 kwh/(kwp x a) Üstra-Hannover 52,10 N Süd 0 40 starre Anlage keine Verschattung 797 kwh/(kwp x a) Messedach Mü. 48,20 N Spezifischer Jahresertrag 868 kwh/(kwp x a)] feststellbar. Das Projekt Solardach Messe München-Riem weist im Gegensatz dazu optimale Bedingungen für eine PV-Integration auf und das Projekt erzielt in der vorliegenden Vergleichsstudie den Spitzenwert des Spezifischen Jahresertrages: [48,20 N / 28 Modul-Neigung - auf Tonnendach aufgeständertes System / Spezifischer Jahresertrag: kwh/(kwp x a)]. GIPV Dachintegration Dachintegration Zu allen Angaben, siehe Graphik A/B im Vergleich, Kapitel 4. Ausrichtung Süd +35 Süd 0 Der erzielten höheren Jahreserträge, sowie auch der Wert der PV-Neigung System Besonderheit Spez. Jahresertrag Flachdachaufständ. keine Verschattung 868 kwh/(kwp x a) Tonnendach-Aufst. keine Verschattung kwh/(kwp x a) Volllaststunden ist auf das Zusammenwirken mehrerer Faktoren zurückzuführen (siehe Beschreibung des Projektes in den einzelnen Details, z.b. Projekt Messedach München-Riem treffen folgende Kriterien zu: Vorsortierung der Produkte [Module und Solarzellen], geringe Anzahl von Wechselrichtern [3 Stück für Gesamtanlage, daraus ergibt sich eine Minderung der Wechselrichterverluste], Einsatz sehr guter Produkte für eine Großanlage [Auswahl nach bestimmten Testverfahren], keine Verschattungen [Tonnendach-Aufständerung], 28 -Winkel der Photovoltaik-Module, Üstra-Betriebsbahnhof, Hannover, etc.). Sheddächer Solardach Messe München-Riem Jedoch sind teilweise für die erzielten geringfügigeren Spezifischen Jahreserträge (in den südlich gelgegeneren Standorten, wie z.b. Erlangen und Konstanz) auch besondere Einflüsse zu berücksichtigen, welche für die Minderung der jeweiligen Jahreserträge verantwortlich sind. Bei dem Projekt in Herne zum Beispiel können ein Ertragsminderungsgrund die auftretenden Teilverschattungen sein und der geringe Neigungswinkel der Dachmodule (5 Neigung / semitransparent (bleibt jedoch ohne Einfluß auf Spezifischen Jahresertrag) / blaue Solarzellen) sein, ebenso wie beim Projekt in Erlangen kommen die jahreszeitlichen 112

5 5.0.1 GEWONNENE ERKENNTNISSE 5.0 Fortbildungsakademie Mont-Cenis, Herne Verschattungen durch die Laubbäume, die sich in unmittelbarem Abstand vor der Photovotaikanlage befinden, zum Tragen und mindern die Jahreserträge. Bei dem Projekt der Stadtwerke in Konstanz (45 Neigungswinkel / semitransparent / blaue Zellen) ist der Mast, der sich im oberen Berich des Daches befindet und zu Teilverschattungen auf der Photovoltaikfläche führt, für die Minderungen der Jahreserträge verantwortlich. Bei dem Projekt Messedach München-Riem, im Gegensatz hierzu, wurden schwarze, opake Solarzellen eingesetzt. Ein Faktor, der sich auf die erzielten Jahreserträge der PV-Anlage auswirken kann ist der Einsatz von 3 zentralen Wechselrichtern, die sich für das vorliegende System ideal eignen. KMF-, Nikolaus-Fiebiger Zentrum, Erlangen, Fassaden- und Vordachintegration der PV Projekt Solar Office, Engl. F.-Akademie Herne Breitengrad 55,25 N 51,32 N GIPV Fassadenintegration Fassadenintegration Ausrichtung Süd +5 Süd -35 PV-Neigung Farbe blaue Zellen blaue Zellen System starre Anlage starre Anlage Besonderheit ohne Verschattung Teilverschattung Spez. Jahresertrag 752 kwh/(kwp x a) 439 kwh/(kwp x a) Projekt KMF-Zentr. Erlangen Tobias Grau / Hamb. Breitengrad 55,25 N 51,32 N GIPV Fassadenintegration Fassadenintegration PV-Neigung Ausrichtung Süd +5 Süd -65 Farbe blaue Zellen blaue Zellen System 1-achs. nachgef. Anl. starre Anlage Besonderheit Teilverschattung / geringfügige bis Laubbäume Verschattung keine Spez. Jahresertrag 426 kwh/(kwp x a) 598 kwh/(kwp x a) Bei den Fassadenintegrationen lassen sich ähnliche Phänomene hinsichtlich der nördlicheren und südlicheren Breitengrade feststellen. Beispielsweise weist das Projekt Solar Office in Newcastle (England) einen guten bis sehr guten Wert für den Spezifischen Jahresertrag [55,25 N /Spezifischer Jahresertrag 752 kwh/(kwp) / 60 PV-Modul-Neigung / blaue Solarzellen] im Vergleich zu den Projekten des südlich gelegeneren Breitengrades auf wie zum Beispiel das Projekt Herne [51,32 N / Fassadenintegration / blaue Solarzellen / semitransparente Module (jedoch hier ohne Einfluß) / Spezifischer Jahresertrag 439 kwh/(kwp x a)] und das Projekt Erlangen [49,36 N / blau Solarzellen / semitransparente Module / Spezifischer Jahresertrag 426 kwh/(kwp x a)]. Die Begründungen für die geringeren Spezifischen Jahreserträge liegen jedoch zum Beispiel beim Projekt in Erlangen an den bereits erwähnten jahreszeitlich bedingten Teilverschattungen durch die Laubbäume und dem stark differierenden Modulneigungswinkels der Fassadenkonstruktion. Das Projekt Solar Office, erzielt im Vergleich hierzu mit einem Modul-Neigungswinkel von 60 - welcher zu einer sehr guten Sonneneinstrahlungsausbeute führt - im Verhältnis zu den anderen Projekten einen guten Spezifischen Jahresertragswert, trotz des nördlich gelegeneren Breitengrades [55,25 ]. Ebenso liegt das Projekt Tobias Grau Firmengebäude [53,38 N / Hamburg / 90 -Modulneigung / blaue Zellen / semitransparente Module / Spezifischer Jahresertrag von 598 kwh/(kwp x a)] mit diesem erzielten Wert liegt das Projekt bereits über dem Durchschnitt, trotz nördlichem geographischen Standort in Deutschland. Das Projekt Expo-Turm in Hameln (Mittelteil und Solarflügel) weisen im Vergleich der Projekte die besten Werte auf [52,10 N / Mittelteil: Spezifischer Jahresertrag: 710 kwh/(kwp x a) / 1-achsige Nachführung des Systems; Solarflügel: Spezifischer Jahresertrag: 899 kwh/(kwp x a) / 2-achsige Nachführung des Systems]. Weitere Beispiele und Einzelheiten zu nachgeführten Anlagen, siehe unten Punkt 0 - Ort der Kriterien] 113

6 5.0 KONKLUSION Allgemeine Erkenntnisse Projekt Expo-Turm/ Mitte Expo-Turm/ S-Flügel Breitengrad 52,10 N 52,10 N GIPV Fassadenintegration Fassadenintegration Ausrichtung Süd 0 Süd PV-Neigung Farbe blaue Zellen blaue Zellen System 1-achs. nachgef. Anl. 2-achs. nachgef. Anl. Besonderheit ohne Verschattung Teilverschattung Spez. Jahresertrag 710 kwh/(kwp x a) 899 kwh/(kwp x a) Allgemeine Erkenntnisse: Die erzielten Resultate sind auf verschiedene Einflußfaktoren und Kriterien der Gebäudeintegration zurückzuführen und unterschiedlich davon abhängig. Nährere Einzelheiten zu den einzelnen Kriterien sind im Anschluß zu finden und in den jeweiligen Diagrammen, Kurzbeschreibungen zu den Kriterien (siehe Kapitel 4), sowie im Zusammenhang mit den Gesamtkonzepten im Anhang B unter den jeweiligen Projektbeschreibungen, sowie in den Punkten Dach- bzw. Fassadenintegration von Photovoltaik in diesem Kapitel erläutert. Somit läßt sich abschließend im Überblick der gesamten Studie und im Vergleich der einzelnen Projekte erkennen, daß der Standort entsprechend der jeweiligen Breitengrade zwar einen Einfluß über die Sonneneinstrahlung hat, dieser jedoch nicht zwangsläufig an südlich gelegeneren Standorten von Deutschland und England bessere Resultate hinsichtlich des Spezifischen Jahresertrages aufweist. Vielmehr ergibt das Zusammenspiel und die Kombination der unterschiedlichen Faktoren das erzielte Gesamtresultat. Expo-Turm, Hameln-Emmerthal, 1- und 2-achsige Nachführung der PV-Lamellen DACH- UND FASSADENINTEGRATION IM VERGLEICH Dachintegration ist generell positiver für die zu erzielenden Jaheserträge zu bewerten, da auch meist das gesamte Himmelsgewölbe für die Stromgeneration zur Verfügung steht. (Detailliertere Aussagen, siehe Punkt Dachintegration von PV ) Bei Fassadenintegration sind grundsätzlich geringere Jahreserträge zu erzielen (bezogen auf spezifischen Jahresertrag - wobei die Semitransparenz der Module, sowie die verwendete PV-Fläche keinen direkten Einfluß auf diesen Vergleichswert hat), Eklärung siehe Kapitel 3, 3.02 Schwerpunkte bzw. Kapitel 4). Bei der Fassadenintegration der PV sind jedoch grundsätzlich bestimmte Kriterien zu beachten, die den erzielten spezifischen Jahesertrag mindern können, bzw. die entscheidend für eine sinnvolle Integration der Photovoltaikpaneele sind (Verschattung durch Bebauung, Konstruktion und Vegetation - auch jahreszeitlich bedingte Unterschiede; Farbe der Zellen; Grad der Semitransparenz; Integrationswinkel bzw. die Wahl einer einachsig- bzw. zweiachsignachgeführten PV-Anlage; etc.). Genauere Angaben siehe unten, `Allgemeine Erkenntnisse / Fassadenintegration von Photovoltaik WEITERE EINFLUSSFAKTOREN [ALLGEMEINE ANSÄTZE] Die Anzahl der eingesetzten Wechselrichter (bei großflächigen Anlagen ist dieser Punkt von besonderer Bedeutung, da entscheidende Verluste in den Erträgen auftreten können, siehe Projekte im Vergleich: Messedach München und Fortbildungsakademie Herne, Dachintegration). Durch den Einsatz von sehr vielen Wechselrichtern (Vergleich Projekt Herne: ca. 600 Stück / 1MW-PV-Anlage) können sich die Verluste 114

7 5.0.2 WEITERE EINFLUSSFAKTOREN 5.0 durch die Wechselrichter summieren und können somit auch unter Umständen, bei auftretenden Fehlleistungen den erzielten Jahresertrag (bzw. den Spezifischen Jahresertrag) mindern. Im Projekt Messedach München konnten beispielsweise, auf Grund des vorliegenden Systems, lediglich drei Wechselrichter eingesetzt werden (Installlierte PV-Nennleistung Anlage 1MWp) - die Verluste, die durch die Wechselrichter möglicherwiese auftreten, können in diesem vorliegenden Fall eventuell vermindert werden. Das Projekt Herne z.b. erzeugt bei einer Fläche von qm (Modulfläche / Dach / semitransparent / dunkelblau - genaue Angaben siehe Anhang bzw. Kurzfassung zur Graphik Dachintegration) ein PV-Leistung von 930 kwp pro Jahr (Nennleistung/Dach), mit einem spezifischen Jahresertrag für das Dach von 628 kwh / (kwp x a). Das Projekt Messedach München hingegen kann bei einer Modulfläche von qm (opake Module / schwarz) wird eine installierte Nennleistung von 1,016 MWp angegeben, mit einer erzeugten Energie pro Jahr von 1 Mio kwh/a (belegt über die letzten 4 Jahre) und einem spezifischen Jahres ertrag von kwh/(kwp x a). Es zeigt sich ferner, daß die Farbe der Solarzellen auch einen entscheidenden Einfluß auf die erzielten Jahreserträge (hier spezifischer Jahresertrag im Vergleich der Anlagen) hat. Beispielsweise weist das Projekt UTZ (Umwelttechnologie-Zentrum) in Berlin, auf Grund der Farbwahl (grau / semitransparente Module) eine Nennleistung von lediglich 10 kwp auf und es wird ein Jahresertrag von kwh/a für die installierte Fassadenanlage angegeben und der Wert des Spezifische Jahresertrages liegt somit bei lediglich 250 kwh/(kwp x a). Im Vergleich zu Projekten mit dunkelblauen PV-Zellen (Beispiel: Tobias-Grau, Hamburg/ semitransparente Module / 90 -Integration) kann trotz des nördlicheren Breitengrades ein spezifischer Jahresertrag von 598 kwh/ (kwp x a) erzielt werden. Das Projekt Messedach-München (Spitzenwert des Spezifischen Jahresertrages von kwh/(kwp x a) kann diesen hervorragenden Wert u.a. auf Grund der Farbwahl der Zellen (schwarze, opake, monokristalline Solarzellen aufweisen. [Zu beachten ist, daß bei der Angabe des Spezifischen Jahresertrages, wie bereits in Kapitel 3 und Kapitel 4 erwähnt wurde, der Einfluß von semitransparenten bzw. opaken Photovoltaik-Modulen bzw. deren Fläche keinen direkten Einfluß auf den erzielten Wert hat - deshalb stellt der Spezifische Jahresertrag eine `objektive Vergleichsgrundlage für die Projekte dar). Qualität und Vorsortierung der Produkte (PV-Zellen und -Module) und deren entsprechende Verschaltung gleichartiger Module (siehe Projekt Solardach Messe München - detailliertere Erläuterungen) hat einen entscheidenden Einfluß auf den möglichen erzielbaren Jahresertrag [in kwh/a] des Projektes und somit auch auf den Wert des Spezifischen Jahresertrages [in kwh/(kwp x a)]. Das Projekt Solardach Messe München-Riem erzielt den besten spezifischen Jahresertag im Vergleich aller Dachintegrationen sowie im Vergleich von sämtlicher Dach- und Fassadenintegrationsprojekten der Studie 115

8 5.0 KONKLUSION Weitere Einflussfaktoren / Qualität und Vorsortierung Nachgeführte Photovoltaik-Systeme (in Form einer einachsigen bzw. zweiachsigen Nachführung, in Form von Lamellensystemen) - diese werden dem jeweiligen Tages- bzw. Jahreszeitlichen Sonnenverlauf nachgeführt - weisen grundsätzlich nachweisbare Mehrerträge auf (bis zu 15%, laut Angabe der verantwortlichen PV-Ingenieure des Projektes EXPO-Turm, Hameln-Emmerthal). Es war zu erwarten, daß ein geringfügig bis mittelmäßig besseres Ergebnis durch die Nachführung des PV-Systems entsteht. Die rechnerische Grundlage hierfür wurde durch die Fachleute ermittelt. Überraschend ist jedoch, daß die Nachführung im Verhältnis zu den restlichen Fassaden-Projekten auch in mittleren Breitengraden der Studie (52 N) bereits die Spitzenergebnisse [Projekt Expo- Turm, Hameln (zweiachsig nachgeführtes Photovoltaik-System: 899 kwh / (kwp x a)] verzeichnet, siehe Graphik B / Fassadenintegration. Die Mehrerträge äußern sich auch in den zum Vergleich herangezogenen Spezifischen Jahresertägen der Projekte (siehe Projekt EXPO-Turm, einachsig und zweiachsig nachgeführte PV-Anlage in Kombination - entsprechendes Vergleichsdiagramm der beiden Anlagen, siehe Anhang B mit detaillierter Erläuterung). Unter den Fassadenanlagen schneiden diese Anlagen (sofern keine Verschattungen die Stromproduktion beeinträchtigen, wie z.b. im Projekt Erlangen) unter den Fassadenanlagen mit den besten Vergleichswerten ab. Im Vergleich zu den Dachanlagen liefern diese Fassadensysteme ebenso sehr gute Werte für den Spezifischen Jahresertrag (siehe hierzu Graphik A/B). Verschattungen hingegen vermindern den Spezifischen Jahresertrag, selbst bei einachsig nachgeführten Anlgen wieder gewaltig - fast die Hälfte des Spitzenwertes wird lediglich erzielt- [Vergleiche hierzu das Projekt in Erlangen, 49,36 N / KMF-Zentrum/Spez. Jahresertrag: 426 kwh/ (kwp x a)]. Trotz der weitaus südlicheren Lage und fast optimaler Südausrichtung (Abweichung +5 ) kann bei dem Projekt (KMF-) Nikolaus-Fiebiger-Zentrum in Erlangen (aufgrund der jahreszeitlich bedingten Verschattungen durch die Baumgruppe kein optimaler Spezifischer Jahresertrag erzielt werden. Die Besonderheit, daß im Vergleich der Projekte die PV-Module am Expo-Turm zwar auf Lücke gesetzt, jedoch nicht semitransparent sind (opake weiße Folie als Hintergrund auf dem Glas) und es sich bei dem Projekt in Erlangen um semitransparente Module handelt, bleibt bei dem Vergleich der jeweiligen Spezifischen Jahreserträge unberücksichtigt. Der Einfluß macht sich jedoch bei den erzielten Jahresenergie-Erträgen [in kwh / a] bemerkbar. Der Vergleich der nachgeführten Anlage im Fassadenbereich mit starren Anlagen im Dachbereich zeigt, unerwarteter Weise, daß im selben Breitengrad (52 N) durch die zweiachsige Nachführung bessere Werte als mit Dachintegrationen in bestimmten Winkelstellungen (45-10 Modulneigung) erzielt werden können (vgl. hierzu Graphik A/B; Projekt Expo- Turm [899 kwh/(kwp x a)] und die Werte sämtlicher Projekte mit 116

9 5.0.2 WEITERE EINFLUSSFAKTOREN 5.0 Dachintegrationsformen in dem 52. nördlichen Breitengrad [ kwh/(kwp x a)]. Selbst die an einem weitaus südlicheren Standort befindlichen Dachanlagen (51 N - 47 N) können den Spitzenwert [899 in kwh/(kwp x a)] der Fassadenanlage teilweise nicht erreichen bzw. bleiben deutlich unter diesem Wert [628, 682, 746 kwh/(kwp x a)]. Die unterschiedlichen Modul-Neigungswinkel bei Dach- bzw. Fassadensystemen weisen wie erwartet, einen besonderen Einfluß auf die erzielten Werte für den spezifischen Ertrag der jeweiligen Projekte auf. Die nachgeführten Systeme (Winkelstellungen der PV-Lamellen von 0-90 ) und die Fassadenintegrationen mit einem Winkel von 60 weisen sehr gute Werte für die erzielten Spezifischen Jahreserträge (siehe Graphik B) auf. Selbst bei einem vergleichbaren Integrationswinkel von 90 lassen sich bei der Fassadenintegration Unterschiede hinsichtlich des erzielten Spezifischen Jahersertrages der verschiedenen Projekte feststellen. Hierbei spielen neben den Ausrichtungen der Projekte (Abweichungswinkel von der optimalen Südausrichtungen) auch die bereits erwähnten Faktoren der Farbe der Zellen, der Qualität der jeweiligen verwendeten Produkte eine Rolle. [Details zu den einzelnen Werten des Spezifischen Jahresertrages pro Projekt, siehe Erläuterungen im Kapitel 4, sowie im Anhang B] ERGEBNISSE DER TOUGHNESS -KRITERIEN Nachfolgend werden die erzielten Resultate entsprechend der analysierten Kriterien, den sogenannten Toughness -Kriterien vergleichend zusammengefasst unter den Gesichtspunkten, was unter den jeweiligen Bedingungen zu erwarten war, bzw. in welchen Punkten die allgemeinen Erwartungen (bzw. Annahmen) widerlegt wurden. T PHOTOVOLTAIK-TYP Die Kriterien Firma / Produkt / Typ, Modulwirkungsgrad, Farbe, Erscheinungsbild (opak / semitransparent), sowie weitere Besonderheiten der Module bzw. Solarzellen wurden in dieser Kategorie zusammengefasst und einander vergleichend gegenübergestellt. Die in den Prospekten der Photovoltaikhersteller angegebenen Wirkungsgrade der verschiedenen Module (z.b. 13%) geben dem Anwender zwar einen Anhaltspunkt über die Leistungsfähigkeit der jeweiligen Module, jedoch ist zu berücksichtigen, daß die Module unter den sog. "Standard Test Bedingungen" (STC: standard test conditions; horizontale Einstrahlung: 1000 W/m 2 ; AM=1,5; Zellentemperatur 25 C) getestet und dementsprechend die erzielten Werte als Wirkungsgrad-Angaben veröffentlicht wurden. D.h. unter Berücksichtigung von verschiedenen äußeren Bedingungen und besonderen Einflüssen, die bei der Integration von Photovoltaik-Modulen auftreten können, beeinträchtigen diese die sogenannten "ideellen" Werte unter Laborbedingungen. Bei geringfügigen 117

10 5.0 KONKLUSION T - Photovoltaik-Typ Teilverschattungen der PV-Module zu bestimmten Tageszeiten können bereits einschlägige Verluste der erzielten Leistung auftreten - wie in verschiedenen Beispielen der Studie nachgewiesen werden konnte. Ferner ist die Orientierung und der Neigungswinkel der Integration von Bedeutung für die zu erzielenden jeweiligen Erträge der PV-Anlage - die Standard Testbedingungen setzten eine Einstrahlung von 1000 W/m 2 auf die horizontale Fläche voraus. In den Abbildungen 4.1 und 4.2, Kapitel 4 aus der Fachzeitschrift `Photon Spezial (2002) werden die Ausrichtung und die Anlagenneigung mit berücksichtigt [1]. Dies ist wichtig, da in der Praxis eine Solaranlage in der Regel nicht horizontal auf einem Flachdach montiert ist. In dem entsprechenden Artikel der `Photon Spezial 2002 wird dieser Sachverhalt wie folgt beschrieben: "Nach Möglichkeit nutzt man eine gute Südlage und versucht den Neigungswinkel in Relation zur Horizontalen auf einen optimalen Wert zu bringen, der bei 28 Grad liegt. Damit konzentriert man sich also nicht allein auf den Spitzenertrag den man bei hoch sthender sommerlicher Mittagssonne erzielen könnte, sondern berücksichtigen auch dit tief stehende Wintersonne." [1] In der Graphik "Globalstrahlung in der Anlagenebene" [Abbildung 4.1] wird als Punkt des besten Ertrages exakt nach Süden bei einem Anstellwinkel von 28 Grad genannt. "Anhand von Ausrichtung und Anstellwinkel lässt sich bestimmen, welchen Ertrag man an einem konkreten Standort erwarten darf."[1] Bei einer Integration in der Fassade (mit einem Neigungswinkel der PV-Module von beispielsweise 90 ) liegt eine wesentlich geringere Einstrahlung pro Quadratmeter-Fläche für die Stromgeneration zu Grunde. Jedes technische System zur Energieumwandlung beinhaltet ebenso Verluste. Zum Beispiel ist insbesondere bei starker Sonneneinstrahlung auch "die Temperatur der Solarmodule mit bis zu 80 Grad deutlich höher als die 25 Grad der Standard- Test-Bedingungen. Und Wärme beeinträchtigt den Wirkungsgrad der Solarzellen, der Ertrag sinkt. Typische Minderungswerte können hier durchaus bis zu zehn Prozent betragen." Somit ist die angesetzte "Idealtemperatur" von 25 C bei den Standard-Testbedingungen (STC) ebenfalls kein statischer Wert für die praktische Anwendung der Module, da diese im Laufe der Jahres- und Tageszeiten auch wesentlichen Temperaturschwankungen augeliefert sind. Dies verdeutlicht den "Idealcharakter" der Wirkungsgradangaben für Module oder Zellen, die unter STC-Bedingugen im Labor getestet wurden und deren Werte in den Firmenprospekten ersichtlich sind. Meist liegen den getesteten Modulen Glas/Glas -Module zu Grunde, hingegen können bei der praktischen Anwendung auch Isolierglasmodule erforderlich sein. Die letztgenannten wiederum können Verluste aufweisen, die durch die Erwärmung der Solarzellen bzw. der Module bedingt sind. Somit können sich auch in diesem Falle die "Prospektangaben" der Moduleffizienzen entsprechend dem Anwendungstyp verändern. Weiterhin werden die Module unter den Standard-Testbedingungen meist mit Solarzellen in den Farben dunkelblau bzw. schwarz getestet. Sofern es jedoch zu Sonderanfertigungen kommt, mit möglichen Farbveränderungen der Solarzelllen auf Wunsch des Architekten - um zum Beispiel die Photovoltaik besser in das Gesamtkonzept des Gebäudes einzugliedern -, können entscheidende Unterschiede zu den gemessenen und veröffentlichten Wirkungsgraddaten der jeweiligen Photovoltaikmodule auftreten. 118

11 5.0.3 ERGEBNISSE DER TOUGHNESS-KRITERIEN 5.0 Ferner muß der Solarstrom noch im Wechselrichter "in netzkonformen Wechselstrom umgewandelt werden. Je nach Wechselrichter treten hier Verluste von weiteren sechs bis zehn Prozent auf." Es wird somit deutlich: "20 Prozent oder mehr können schnell an technisch bedingten Verlusten zusammenkommen. Das mindert den Ertrag der Anlagen..."[1] Mit diesen Angaben und der Beschreibung soll lediglich vedeutlicht werden, wie die Prospektangaben der Wirkungsgrade von Solarzellen der verschiedenen Firmen zu werten und zu benutzen sind. Man erwartet bei schwarzen Solarzellen und bei monokritstallinen Zellen einen resultierenden höheren Jahresertrag, ebenso wie bei opaken Modulen. Der spezifische Jahresertrag wird durch die Beschaffenheit der Module (opak/semitransparent) jedoch nicht beeinflusst. Aus diesem Grunde wurde dieses Kriterium zwar in die Untersuchung mit aufgenommen, wird hier in diesem Zusammenhang jedoch nicht weiter berücksichigt - lediglich der erzielte Jahresertrag der Anlage (in kwh/a) wird hierdurch beeinträchtigt. Besonderheiten Glas/Glas-Module, Isolierglas-Module, Dünnschichtmodule Glas/Glas-Module weisen geringere Verluste als Isolierglas-Module auf, da bei letzteren eine stärkere Erwärmung der Solarzellen und somit teilweise verminderte Stromproduktionserträge erzielt werden können. Bei Verwendung von Glas/Glas-Modulen kann eine Hinterlüftung stattfinden und eine Erwärmung der Module und Zellen kann vermindert bzw. verhindert werden. Nachfolgend drei exemplarische Beispiele: Tobias Grau, Hamburg F A S S A D E Projekt: Tobias Grau Expo-Turm / Hameln Üstra-Hannover [Projekt 3] [Projekt 9a/b] [Projekt 4R] Modulart Isolierglas-M. Glas/Glas-Module Isolierglas-M. Breitengrad 53,38 N 52,10 N 52,10 N Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) EXPO-Turm, Hameln-Emmerthal Jedoch haben noch weitere Faktoren Einfluß auf die angeführten erzielten Erträge - siehe Detailbeschreibung (Anhang B), sowie Grahphiken A und B. Üstra, Hannover, Sheddächer Farbe : Unterschiedliche Farben der PV-Zellen haben ebenso einen großen Einfluß sowohl auf die erzielten Jahreserträge, als auch auf den Spezifischen Jahresertrag. Drei Projekte in der exemplarischen Gegenüberstellung: 119

12 5.0 KONKLUSION T - Photovoltaik-Typ Umwelttechnologie-Zentrum (UTZ), Berlin Messedach, München-Riem `Solarkraftwerk, Konstanz D A C H F A S S A D E Projekt UTZ, Berlin Expo-Turm/ Mitte Messeh.-Expo Farbe hell-graue Z. blaue Zellen schwarze Zellen Breitengrad 52,28 N 52,10 N 52,10 N PV-Neigung Modulart Glas/Glas-Mod. Glas/Glas-Module Glas/Glas-Module Zellenart polykristallin polykristallin Dünnschichtzellen System starre Anlage 1-achs. nachgef. starre Anlage Besonderheit Teilverschattung ohne Versch. ohne Verschattung Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) Die hellgrauen Zellen im Projekt des Umwelttechnologie-Zentrums in Berlin, sind ein wichtiger Grund für den sehr geringen Spezifischen Jahresertrag im Vergleich zu den anderen Projekten (niedrigster Wert der gesamten Studie). Es wurden polykristalline Solarzellen hierbei eingesetzt. Die Rahmenkonstruktion verschattet in Teilbereichen die Zellen, somit treten auch hierdurch geringfügige Verluste auf. Die blauen Zellen des Expo-Turmes hingegen stellen hingegen bereits ein Kriterium für einen höheren Spezifischen Jahresertrag dar. Die weiteren günstigen Faktoren [1-achsig dem Sonnenstand nachgeführtes PV-System (0-90 ) / keine Verschattungen des Mittelteils dieses Projektes / Orientierung Süd 0 / poly- und monokristalline Zellen] unterstützen den über dem Durchschnitt liegenden Wert der Anlage. Trotz der eingesetzten schwarzen Dünnschichtsolarzellen bei dem Projekt der Expo-Messehalle 7 in Hannover liegt der erzielte Wert für den Spezifischen Jahresertrag unter dem Durchschnitt der Vergleichsanlagen von 553 kwh/(kwp x a). Da es sich zwar um Glas/Glas-Module handelt, die Integration jedoch im Winkel von 90 (starr) erfolgt ist kann trotz der idealen Ausrichtung von Süd 0 nur ein sehr viel geringerer Wert des Maximalwertes der Studie für den Spezifischen Jahresertrag erreicht werden. Jedoch ist im Vergleich der gesamten Projekte, trotz nördlicherem Standort (52 N) der erzielte Spezifische Jahresertrag dennoch höher als in den Projekten der südlicheren Breitengrade (51 N und 49 N), vgl. Graphik B / Fassadenintegration von Photovoltaik. Projekt Messe München Stadtwerke Konstanz Farbe schwarze Zellen blaue Zellen Breitengrad 48,20 N 47,20 N PV-Neigung Modulart Glas/Glas-Module; Glas/Glas-Module; opake Module semitransparente Module Zellenart monokristallin polykristallin System starre PV-Anlage starre PV-Anlage Besonderheit ohne Verschattung / Teilverschattung Vorsortierung ohne Vorsortierung Spez. Ertrag/a kwh/(kwp x a) 746 kwh/(kwp x a) 120

13 5.0.3 ERGEBNISSE DER TOUGHNESS-KRITERIEN 5.0 Expo-Messehalle, Hannover Üstra Betriebsbahnhof, Hannover D A C H Projekt Messehalle/ Expo Üstra Hannover ( Add-On ) Farbe schwarze Zellen schwarze Zellen Breitengrad 52,10 N 52,10 N PV-Neigung Modulart Saturntechnologie Glas/Glas-Module; semitransparente Mod. opake Module Zellenart Dünnschicht + kristallin monokristallin System starre Anlage starre Anlage Besonderheit ohne Verschattung ohne Verschattung Spez. Ertrag/a 797 kwh/(kwp x a) 868 kwh/(kwp x a) Im Vergleich der exemplarisch dargestellten Projekte, läßt sich feststellen, daß die Projekte mit schwarzen Solarzellen (Messedach München / Messehalle Expo / Üstra Hannover) bessere Werte für den Spezifischen Ertrag erzielen als das Projekt mit den eingesetzten blauen Zellen (Stadtwerke Konstanz). Bei den Projekten mit den schwarzen Solarzellen wurden auch monokristalline Zellen eingesetzt, sowie Dünnschichtzellen, diese, sowie weitere Einflußfaktoren (siehe Anhang B im Detail zu den einzelnen Projekten) bedingen die höheren Spezifischen Jahreserträge dieser Vergleichsbeispiele. Bei dem Projekt Stadtwerke Konstanz muß jedoch erwähnt werden, daß Teilverschattungen nachgewiesen wurden (durch den auf dem Dach befindlichen Sendemast) - diese bewirken ebenso einen geringfügigen Verlust der erzielten Jahreserträge. Ferner wurden bei dem Projekt Messedach München sowohl die Module als auch die Solarzellen vorsortiert (siehe auch Kapitel `Weitere Einflußfaktoren ), was zu einer deutlichen Steigerung der erzielten Spezifischen Jahresertrages führt [erreichter Spitzenwert von kwh/(kwp x a)]. Beachtlich ist ferner, daß das Projekt mit einem Modulneigungswinkel von lediglich 10 (im Gegensatz zu dem Projekt Messehalle 7 / Expo in Hannover mit einem Neigungswinkel von 40 ) einen weitaus höheren Spezifischen Ertrag erzielt. Bei beiden Projekten wurden schwarze Solarzellen eingesetzt. Die Messehalle weist semitransparente Module auf, das Projekt Üstra in Hannover opake Photovoltaik-Module. Dieses Kriterium hat zwar einen Einfluß auf die erzielten Jahreserträge der Anlage, bleiben jedoch im Vergleich der Spezifischen Jahreserträge unberücksichtigt - worauf bereits an anderer Stelle verwiesen wurde. Die weiteren Einflußfaktoren, welche die jeweiligen Spezifischen Jahreserträge beeinflussen werden im Anschluß kategorisch erläutert. Wirkungsgrad: Der Modulwirkungsgrad kann, soweit als Angabe vorhanden, als Vergleichsgrundlage ebenso angenommen werden. Siehe hierzu auch Tabelle der Graphiken A und B. Im Anschluß werden einige Beispiele für Dachintegrationen aufgeführt, die Ergebnisse für den Spezifischen Jahreseertrag entgegen den allgemeinen Erwartungen erzielten. 121

14 5.0 KONKLUSION T - Photovoltaik-Typ Messedach, München-Riem D A C H Projekt Messe München F-Akademie Herne Üstra (Sheds) Modulwirk.gr. 13% (STC)* 12,5 / 12,8 / 16% (STC)* 12% Breitengrad 48,20 N 51,32 N 52,10 Modulart opake Module semitransparente Module semitr. Mod. Zellenart monokristallin poly- und monokristallin monokrist. Farbe schwarze Zellen blaue Zellen schwarze Z. Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) * STC: Standard Test Conditions, d.h. die angegebenen Wirkungsgrade wurden unter STC-Bedingungen geteste. Siehe Graphik A/B Erläuterung. Mont-Cenis, Herne Üstra Betriebsbahnhof, Hannover Trotz der teilweise höheren Modulwirkungsgrade des Projektes in Herne (12,5%/12,8%/16%) im Vergleich z.b. zu den Modulwirkungsgrad des Projektes Solardach der Messe München-Riem (13%) erzielt das letztere Projekt in München einen höheren Wert für den Spezifischen Jahresertrag. Im Vergleich zum Projekt des Üstra-Betriebsgeländes in Hannover (Sheddachintegration der Photovoltaik) wird ein Modulwirkungsgrad von ca. 12% (unter STC) angesetzt. Der erzielte Spezifische Jahresertrag [846 kwh/(kwp x a)] der Anlage (mit schwarzen, monokristallinen Zellen und semitransparenten Modulen) liegt über demjenigen des Projektes Herne - trotz vergleichsweise geringerem Modulwirkungsgrad. Dies zeigt sehr deutlich, daß die Angabe des Modulwirkungsgrades noch keinen endgültigen Ausschlag über die Einordnung des erzielten Spezifischen Jahresertrages der untersuchten Projekte gibt. Ebenso bei den Fassadenintegrationen treten im Vergleich der einzelnen Projekte teilweise unerwartete Endergebnisse hinsichtlich der Modulwirkungsgrade auf. Tobias Grau, Hamburg Mont-Cenis, Herne F A S S A D E Projekt Expo-Turm Mitte F-Akademie Herne Tobias Grau Modulwirk.gr. 9,6/10,4/10,5% (STC)* 12,5 /12,8 /16% (STC)* 14% (STC)* Breitengrad 52,10 N 47,20 N 53,38 N Modulart opake Module semitransparente Module semitr. Mod. Zellenart mono- und polykristallin poly- und monokristallin polykristallin Farbe blau/blau/schwarz blaue Zellen blaue Zellen PV-Neigung PV-Anlage 1-achs. nachgeführt starres System starres Syst. Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) * STC: Standard Test Conditions, d.h. die angegebenen Wirkungsgrade wurden unter STC-Bedingungen geteste. Siehe Graphik A/B Erläuterung. Expo-Turm, Hameln-Emmerthal Im Vergleich der drei dargestellten Projekte läßt sich erkennen, daß trotz der einzelnen geringeren Modulwirkungsgrade des Projektes Expo-Turm (Mittelteil der Fassade) eine höherer Spezifischer Jahresertrag erzielt wird als bei den beiden gegenübergestellten Projekten (Fortbildungsakademie in Herne und Tobias Grau). Dieser Mehrertrag ist jedoch sehr eindeutig 122

15 5.0.3 ERGEBNISSE DER TOUGHNESS-KRITERIEN 5.0 auf die 1-achsige Nachführung des Photovoltaik-Systems zurückzuführen, im Gegensatz zu den beiden anderen, starren Systemen der beiden Projekte, mit einem Fassadenintegrationswinkel der Module von 90. Bei zweiachsiger Nachführung, siehe Projekt Expo-Turm (Solarflügel), wird bei gleichen Modulwirkungsgraden und unter Verwendung der gleichen Solarzellen ein noch besseres Ergebnis für den Spezifischen Jahresertrag [899 kwh/(kwp x a)] erzielt. Resumé der T (PV-Typ)-Kriterien: - Farbe: Wichtiges Kriterium für den erzielten Spezifischen Jahresertrag. - Solarzellentyp (mono-, polykristallin, Dünnschichtzellen): in Kombination mit der Farbwahl (hellgrau, blau, schwarz, etc.) ist der gewählte Solarzellentyp entscheidend für den erzielten Spezifischen Jahresertrag. - Modulart (opak / semitransparent): Die Beschaffenheit der Module ist zwar für den erzielten Jahresertrag (kwh/a) der jeweiligen Anlage mit entscheidend, bleibt jedoch bei dem Spezifischen Jahresertrag unberücksichtigt, ebenso wie die Photovoltaikfläche, um einen objektiven Vergleichsmaßstab der untersuchten Projekte zu erzielen. - Glas/Glas-Module: Glas/Glas-Module sind grundsätzlich besser geeignet Isolierglas-Module, da letztere bei intensiver Sonneneinstrahlung sich stärker erwärmen können und somit der erzielte Spezifische Jahresertrag auf Grund der auftretenden Verluste geringer ausfallen kann. - Wirkungsgrad der Module: Der Modulwirkungsgrad ist ein Faktor in einem Produkt von mehreren Faktoren, wobei die größeren Variation der Werte (der Faktoren) im allgemeinen nicht beim Wirkungsgrad liegt. [Wenn unter sonst gleichen Bedingungen (Neigung, Ort, Lage, Verschattung, Wechselrichter, Farbe, Hinterlüftung,...) eine Zelle mit z.b. 10% höherem Wirkungsgrad eingesetzt wird, steigt auch der Spezifische Jahresertrag um 10%.] Die weiteren Kriterien sind im Anschluß aufgeführt, die den Spezifischen Jahresertrag beeinflussen, sowie in der detaillierten Analyse der Projekte (Graphiken A/B und Anhang B). - Vorsortierung der Module bzw. Zellen: Bei dem vorgestellten Projekt der Messe München bot sich eine Vorsortierung der Solarmodule und -Zellen an. Hierdurch bestand die Möglichkeit in dem vorliegenden Projekt die eventuell auftretende Verluste, die auf Qualitätsunterschiede in den Modulen bzw. Zellen zurückzuführen sind, zu minimieren. Zum Grundgedanken der sogenannten Vorsortierung, siehe detailierte Beschreibung des Projektes unter dem entsprechenden Punkt und im Anhang B. 123

16 5.0 KONKLUSION O - Ort/Standort/Lage/Ausrichtung O ORT STANDORT / LAGE, AUSRICHTUNG In dieser Kategorie wurden die verschiedenen Breitengrade der untersuchten Projekte gegenübergestellt, sowie die Ausrichtung des Gebäudes (Abweichung von der Idealorientierung Süd 0 ). Breitengrad: Siehe 5.01 Konklusion, Punkt Grundlegende Feststellungen / Einfluß des Breitengrades, in dem bereits die erzielten Erkenntnisse aus der Studie an Beispielen beschrieben wurden. [Unterschiede zwischen den Projekten an den nördlichen Standorten - im Vergleich zu den südlichen.] Ergebnis: Die unterschiedlichen Wetterdaten der verschiedenen Standorte wurden bei der Berechnung de Performance Ratio ermittelt (siehe Kapitel 4 / Performance Ratio, sowie die entsprechenden Tabellen) und in den Tabellen (siehe Tab. 4.1, 4.2, 4.3) ist ebenfalls der Unterschied der Einstrahlungswerte von nördlichen und südlichen Standororten in Deutschland und England abzulesen. Die entsprechenden Graphiken [PR] A und B berücksichtigen die verschiedenen Einflußfaktoren. Nachfolgend werden Projekte des 55. und 53. nördlichen Breitengrades (exemplaisch Fassadenintegrationen der Photovoltaik unten dargestellt) dargestellt; das Projekt Expo-Turm in Hameln und das Projekt KMF-Zentrum in Erlangen (47. Breitengrad). Solar Office, Newcastle Tobias Grau, Hamburg F A S S A D E Projekt Solar Office / U.K. Tobias Grau Breitengrad 55,25 N 53,38 N Modulart semitr. Mod. semitr. Mod. Zellenart polykristallin polykristallin Farbe schwarze Zellen blaue Zellen PV-Neigung Ausrichtung Süd +5 Süd -65 PV-Anlage starres Syst. starres System Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) Expo-Turm, Hameln-Emmerthal F A S S A D E Projekt Expo-Turm / Mitte Expo-Turm / Flügel Erlangen Breitengrad 52,10 N 52,10 N 49,36 N Modulart opake Module opake Module semitr. Mod. Zellenart mono- + polykrist. mono- + polykristallin polykristallin Farbe blau/blau/schwarz blau/blau/schwarz blaue Zellen PV-Neigung Ausrichtung Süd 0 Süd Süd +5 PV-Anlage 1-achs. nachgeführt 2-achs. nachgeführt 1-ach. nach. Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) KMF-Zentrum, Erlangen Der Wert des Spezifischen Ertrages für das Projekt in Erlangen (Molekularbiologiesches Forschungszentrum / Nikolaus-Fiebiger-Zentrum der Universität Erlangen) liegt bereits unter dem Duchschnitt der 124

17 5.0.3 ERGEBNISSE DER TOUGHNESS-KRITERIEN 5.0 Service-Pavillon, Steinhuder Meer restlichen untersuchten Projekte mit Fassadenintergration von Photovoltaikelementen. Hingegen wird deutlich, daß weitaus nördlich gelegenere Projekte (55./53./ 52. Breitengrad) wesentlich höhere Spezifische Jahreserträge erzielen können, wenn eine Kombination aus verschiedenen günstigen Faktoren gegeben ist (wie z.b. Farbwahl und Art der Solarzellen, 1- oder 2-achsig dem Sonnenstand nachgeführtes PV- System, gute bis optimaler Winkel der PV-Integration, Ausrichtung der PV-Anlage - siehe unten -, etc.), man vergleiche die Projekte Expo-Turm in Hameln-Emmethal / Solar Office in Newcastle / Tobias Grau in Hamburg. Das Projekt in Erlangen schneidet trotz 1-achsiger Nachführung der PV- Anlage, fast optimaler Ausrichtung (Süd +5 ) und weitaus südlicherem Standort wesentlich schlechter ab als die dargestellten Vergleichsprojekte, da eine Teilverschattung durch die bestehende Laubbaumgruppe zu bestimmten Tages- und Jahreszeiten besteht (Details hierzu siehe Anhang B / Projekt Erlangen und den Hinweis auf die Internetpräsentation der gemessenen Werte im Tages- und Jahresverlauf). Üstra, Sheds und Add-On-System, Hannover Ausrichtung / Abweichung von Süden: Die allgemeine Annahme, daß bereits bei geringer bzw. mittlerer Abweichung von der optimalen Ausrichtung Süd 0 größere Verluste auftreten wurde in der vorliegenden Studie nicht eindeutig bestätigt. Siehe hierzu folgende Beispiele (Konzentration der Informationen auf die Ausrichtung und Abweichung von Süden 0 / weitere Einflußfaktoren siehe Graphiken A / B und Anhang B der jeweiligen Projekte, bzw. weitere gewonnene grundlegende Erkenntnisse). Zur DACHINTEGRATION: Mont-Cenis, Herne D A C H Projekt Steinhuder Meer Üstra/Sheds Üstra/Add-On Ausrichtung Süd 0 Süd +35 Süd +35 Breitengrad 52,40 N 52,10 N 52,10 N Zellenart polykristallin monokristallin monokristallin Farbe blaue Zellen schwarze Zellen schwarze Zellen PV-Neigung Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) `Solarkraftwerk, Konstanz KMF-Zentrum, Erlangen D A C H Gegenbeispiel: Projekt F-Akad. Herne KMF-Erlangen Konstanz Ausrichtung Süd -35 Süd +5 Süd -5 Breitengrad 51,32 N 49,32 N 47,20 N Zellenart poly-/monokristallin polykristallin polykristallin Farbe blaue Zellen blaue Zellen blaue Zellen PV-Neigung Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) 125

18 5.0 KONKLUSION O - Ort/Standort/Lage/Ausrichtung Es läßt sich feststellen, daß trotz optimaler Südausrichtung (Süd 0 / Projekt Steinhuder Meer) im Vergleich der oben dargestellten Projekte nicht der Spitzenwert des Spezifischen Ertrages erreicht wird. Vielmehr wird bei dem Projekt Üstra-Projekt mit einer wesentlichen Abweichung von der Idealausrichtung (Süd +35 ) für beide Systeme (Sheddach- Integration der PV und Add-On / Aufgeständertes PV-System aus opaken Solarmodueln) ein höherer Spezifischer Jahresertrag erzielt [846 und 868 kwh/(kwp x a)] als bei den zum Vergleich angeführten Projekten. Das Projekt Herne erzielt auf Grund weiterer negativer Einflußfktoren (Wechselrichterverluste, Teilverschattung, keine Vorsortierung der Module und Zellen, blaue Zellen, etc. siehe Kapitel 3 / Kurzdarstellung und Anhang B detailierte Analyse) einen wesentlich geringeren Spezifischen Jahresertrag. Die Projekte in Erlangen (Nikolaus- Fiebiger-Zentrum) und in Konstanz (Stadtwerke) liegen trotz günstigerer Ausrichtung (Süd +5 ) im Vergleich zum Projekt Üstra in Hannover (Ausrichtung Süd +35 ) noch unter deren erzielten Spezifischen Jahreserträgen. Dies ist auf die auftretende Teilverschattungen in beiden Projekten, sowie auf die Solarzellenwahl zurückzuführen. Somit ist die Abweichung von Süd 0 nicht hundertprozentig ein Garant für niedrigere Spezifische Jahreserträge von Projekten. Im Anschluß werden Projekte mit der sogenannten Idealausrichtung Süd 0 einander gegenüber gestellt, um die Auswirkung der Orientierung auf den erzielten Spezifischen Jahresertrag darzustellen. Vergleiche hierzu Süd 0 -Ausrichtung: BP-Pavillon, Birmingham, U.K. Service-Pavillon, Steinhude D A C H Projekt BP-Pavillon/U.K. Messeh. Expo Steinhude Ausrichtung Süd 0 Süd 0 Süd 0 Breitengrad 52,45 N 52,10 N 52,40 N Zellenart polykristallin Dü.+kristallin polykristallin Farbe blaue Zellen schwarze Zellen blaue Zellen PV-Neigung Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) Expo-Messehalle, Hannover D A C H Projekt Messedach München Ausrichtung Süd 0 Breitengrad 48,20 N Zellenart monokristallin Farbe schwarze Zellen PV-Neigung 28 Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) Messedach, München-Riem Alle oben aufgelisteten Projekte weisen die ideale Orientierung (Süd 0 ) für die Photovoltaikmodule auf, dennoch sind größere Unterschiede zwischen dem Spitzenwert des Projektes des Messedaches in München- 126

19 5.0.3 ERGEBNISSE DER TOUGHNESS-KRITERIEN 5.0 Riem des Spezifischen Jahresertrages [1.000 kwh/(kwp x a)] und den restlichen Projektbeispielen (BP-Pavillon, Birmingham / Messehalle 7 Expo, Hannover und Servivepavillon, Steinhuder Meer) [800, 797, 800 kwh/ (kwp x a)] festzustellen. Dies widerlegt die allgemeine Annahme daß bereits die ideale Orientierung einen starken Einfluß auf die zu erzielenden Erträge hat, da in der Studie deutlich wurde, daß vielmehr das Zusammenspiel der verschiedenen Faktoren miteinander (siehe Kapitel 4 / Graphische Darstellung der einzelenen Toughness - Kriterien) des jeweiligen Projektes für den Wert des Spezifischen Jahresertrages ausschlaggebend sind. Ein sehr entscheidendes Kriterium für den Spitzenwert des Projektes in München sind neben den schwarzen (monokristallinen) Solarzellen die Vorsortierung der Module und der Solarzellen, d.h. lediglich Solarzellen bzw. Module mit gleichartig guter Leistung (entsprechend den einzelnen Abstufungen) werden zu einem Modul zu bzw. die Module mit entsprechenden Leistungen miteinander in vorbestimmter Art und Weise verschaltet. Dieses System vermindert die möglicher Weise auftretenden Verluste und maximiert somit die erzielbaren Jahreserträge (hier dient der Spezifischer Jahresertrag als Vergleichsmaßstab). Weitere Einzelheiten siehe Kapitel 4 in Kombination mit Anhang B der Detailanalyse der Projekte. Zur FASSADENINTEGRATION: - Es ist nicht überraschend, daß die ein- und zweiachsig dem Sonnenstand nachgeführten Photovoltaikanlagen führten grundsätzlich zu besseren Erträgen im Vergleich zu den "normalen", starren Photovoltaiksysteme (vgl. hierzu Projekte Expo-Turm in Hameln-Emmerthal (1- und 2-achsige Nachführung), sowie das Projekt Nikolaus-Fiebiger-Zentrum in Erlangen (1-achsige Nachführung des PV-Lamellensystems). F A S S A D E Projekt Expo-Turm / Mitte Expo-Turm / Flügel Erlangen PV-Anlage 1-achs. nachgeführt 2-achs. nachgeführt 1-ach. nach. Breitengrad 52,10 N 52,10 N 49,36 N Ausrichtung Süd 0 Süd Süd +5 Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) (Restliche Kriterien der Projekte siehe S. 15 / Punkt 0 / Ort-Standort) EXPO-Turm, Mittelteil und Solarflügel, Hameln Aber die 2-achsige Nachführung selbst erzielt im Verhältnis zur 1-achsigen Nachführung für den spezifischen Jahresertrag ein besseres Ergebnis. Der sehr beachtliche Unterschied der beiden 1-achsig nachgeführten Anlagen (Expo-Turm / Mittelteil und KMF-Zentrum Erlangen) ist auf die auftretenden Teilverschattungen der Anlagein Erlangen zurückzuführen, sowie auf die geringfügig von Süden abweichende Ausrichtung der Photovoltaikanlage. (Weitere Einzelheiten siehe Kapitel 4 und Anhang B.) KMF-Zentrum, Erlangen - Die Meinung, daß die 0 Süd-Ausrichtung des Photovoltaiksystems immer optimal bis sehr gut sei, ist nicht hundertprozentig korrekt, da 127

20 5.0 KONKLUSION O - Ort / U - Umgebung / G - GIPV - wie bereits vorne erwähnt wurde - immer mehrere Faktoren auf die erzielten Spezifischen Jahreserträge Einfluß haben und es können somit auch größere Unterschiede, trotz erheblicher Abweichung von der Idealausrichtung nach 0 Süd auftreten (vgl. hierzu die folgenden Fassadenintegrations-Beispiele): Umwelttechnologie-Zentrum (UTZ), Berlin Expo-Messehalle, Hannover Tobias Grau, Hamburg F A S S A D E Projekt Tobias Grau UTZ Messeh. Expo Ausrichtung Süd - 65 Süd - 13 Süd - 0 Breitengrad 53,38 N 52,28 N 52,10 N Spez. Ertrag/a in kwh/(kwp x a) Es kann festgestellt werden, daß trotz der wesentlich größeren Abweichung von der idealen Südausrichtung (Süd -65 ) das Tobias Grau Gebäude in Hamburg einen wesentlich höhreren Spezifischen Jahresertrag erzielt als beispielsweise das Projekt des Umwelttechnologie- Zentrums in Berlin (Abweichung von Süden -13 ), sowie ebenso das Projekt der Messehalle 7 der Expo in Hannover (Ausrichtung Süd 0 ). Der wiederum große Unterschied zwischen den Werten des Spezifischen Jahresertrages der Projekte des UTZ in Berlin und der Messehalle der Expo in Hannover ist auf die Teilverschattung am Projekt in Berlin, sowie jedoch hauptsächlich auf die Farbwahl der Solarzellen (helles Grau der polykristallinen Solarzellen) zurückzuführen. Diese hat einen beachtlichen Verlust der generierten Stromerträge zur Folge, wie durch die Aussage des zuständigen Fachingenieurs betätigt wurde. Ferner wurden bei dem Projekt der Messehalle in Hannover opake Dünnschichtzellen bei der Fassadenintegration der PV eingesetzt. Die erzielte Werte des Spezifi schen Jahresertrages des Projektes Tobias Grau Gebäudes [598 kwh/ (kwp x a)] liegt über dem Durchschnitt [553 kwh/ (kwp x a)] sämtlicher Vergleichsbeispiele. Der Wert des UTZ-Projektes [250 kwh/ (kwp x a)] liegt unerwarteter Weise weit unter dem Durchschnitt und stellt den niedrigsten erzielten Wert der gesamten Studie dar (verschiedene Faktoren, wie bereits erwähnt, sind dafür verantwortlich; siehe auch Anhang B) - trotz einer wesentlich geringeren Abweihung als Vergleichsprojekte.Der Spezifische Jahresertrag der Messehalle in Hannover [500 kwh/ (kwp x a)] hingegen liegt geringfügig über dem Durchschnitt der Studie, dies ist entsprechend des nördlich gelegeneren Breitengrades nicht in erster Linie zu erwarten gewesen. [Nähere Details zu den jeweiligen Projekten, siehe Kapitel 4 in Kombination mit Anhang B.] 128

4.0 OBJEKTIVIERUNG DER BEISPIELE - VERGLEICH DER PROJEKTE / GRAPHIKEN / TOUGHNESS-KRITERIEN -

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