Mit der Fassade die Sonne einfangen

Hoch über Zürich thront es, wunderbar gelegen an den sonnenverwöhnten Hängen von Höngg. Es – das ist ein als Mehrfamilienhaus getarntes Solarkraftwerk. Nicht nur das Dach, sondern auch die Fassaden und sogar die Brüstungen der Balkone sind mit Photovoltaikpanels belegt. Das von Solarpionier und Architekt Beat Kämpfen entwickelte Gebäude generiert jährlich über 40 000 kWh Strom – weit mehr, als für die Energieversorgung der fünf Wohnungen nötig ist. Mit dem Überschussstrom lassen sich drei weitere Haushalte versorgen. Beinahe die Hälfte der Jahresproduktion an Solarstrom stammt von der Fassade.

Wertvoller Winterstrom

Wie effizient sind PV-Module an Fassaden? Grundsätzlich haben sie einen ähnlichen Wirkungsgrad wie auf dem Dach montierte Module, die mehr als 20 Prozent erreichen können. Durch die vertikale Ausrichtung reduziert sich jedoch die Energieproduktion pro Quadratmeter um rund 20 bis 30 Prozent im Vergleich zu einer horizontalen Lösung. Dafür produziert ein Modul an einer Fassade im Winter wegen des tieferen Sonnenstandes mehr Energie als ein Dachmodul. «Das ist ein Vorteil, denn während der kalten Jahreszeit benötigt ein Gebäude mehr Energie. So lässt sich mit Fassaden-PV-Modulen ein hoher Eigenverbrauch erreichen», erklärt Christophe Ballif. Er ist Direktor des Photovoltaik-Zentrums des CSEM (Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique) mit Sitz in Neuenburg, Zürich, Basel, Obwalden und Graubünden.

Ballif weist zudem darauf hin, dass die Verbreitung von Fassaden-Photovoltaik auch aus einer systemischen Sicht sinnvoll ist. Im Winter ist der Strombedarf bereits heute höher als im Sommer und wird in Zukunft mit der Verbreitung von Wärmepumpen weiter zunehmen. Je mehr Gebäude eine Photovoltaik-Fassade haben und so einen Teil ihres winterlichen Energiebedarfs decken können, desto kleiner wird die sogenannte «Winterstromlücke». Dadurch reduziert sich in der kalten Jahreszeit die Abhängigkeit der Schweiz von importiertem Strom.

In allen Farben und Varianten

Die zunehmende Beliebtheit der Integration von PV-Modulen in Fassaden dürfte indes nicht allein den energetischen Überlegungen, sondern auch den ästhetischen Fortschritten geschuldet sein. «Eine der wichtigsten Entwicklungen der letzten Jahre ist die Möglichkeit, Solarmodule zu färben und in echte Fassadenelemente zu verwandeln», ist Ballif überzeugt. Heute seien Fassaden-Module in fast allen Farben realisierbar, was den Gestaltungsspielraum für Architektinnen und Architekten deutlich erhöht hat.

Fortschritte gab es zudem beim Energieertrag farbiger Panels. Beim schwarzen «Standard-Modul» stieg der Wirkungsgrad Ballif zufolge innerhalb eines Jahrzehnts von 15 auf beinahe 20 Prozent – eine bemerkenswerte Zunahme. Bei anderen Farben ist der Solarertrag zwar zwischen 5 und 40 Prozent geringer als bei schwarzen Panels. Trotzdem führen die neuen Optionen punkto Farbgebung dazu, dass Fassaden mit Photovoltaik bestückt werden, die sonst inaktiv geblieben wären. Farbige PV-Module leisten also einen wichtigen Beitrag an die erneuerbare Energieversorgung der Zukunft, indem sie neue Akteure überzeugen und neue Gebäudetypen erschliessen.

Nicht nur die Farbe von Photovoltaik-Panels für Fassaden lässt sich individualisieren, sondern auch die Formen und Grössen. Bei allen technischen Möglichkeiten gilt es jedoch zu bedenken, dass die Kosten stark steigen, wenn verschiedene Arten von Panels verwendet werden. Im Sinne der Kosteneffizienz ist es daher ratsam, bei der Planung von Solarfassaden auf eine Standardgrösse zurückzugreifen.

Integration in allen Bereichen

Durch intensive Forschung sollen Solarfassaden künftig noch attraktiver und effizienter werden. Ein Schwerpunkt ist die Integration von Photovoltaikmodulen in andere Materialien wie Glas, Zement, Holz oder Beleuchtung. «Auch multifunktionale Elemente stehen im Fokus, beispielsweise die Kombination von Photovoltaik und Dämmung», ergänzt Christophe Ballif. Nebst der physischen Integration werde zudem untersucht, wie sich Photovoltaik besser in Planungs- und Bausoftware integrieren lässt. Das sei wichtig, denn in den Bereichen Planung, Einführung und Umsetzung gebe es heute noch viel Ineffizienz.

Ein anderer Forschungsaspekt ist gemäss Ballif die Zuverlässigkeit von Solarelementen. Zwar sind diese schon heute sehr robust und widerstandsfähig gegen äussere Einflüsse. Trotzdem bleibt viel Potenzial für Verbesserungen, um eine möglichst hohe Lebensdauer mit nur geringer Abnahme der elektrischen Leistung zu erreichen. Weitere Aspekte sind die Reduktion der Kosten und die verbesserte Standardisierung.

Kunst statt nur Technik

Der Blick in die Zukunft stimmt Ballif zuversichtlich. «In den letzten Jahren hat sich das Solarpanel von einem rein technischen Objekt in ein ästhetisches, ja sogar künstlerisches Objekt verwandelt», sagt der Photovoltaik-Experte. Er verweist auf die Photovoltaik-Kunstwerke, die zum Beispiel kürzlich in der Ausstellung «Watt is Art» gezeigt wurden. Solarkunst treffe man heute bereits in Wohnungen oder auch an Häusern an. «Der Paradigmenwechsel vom Technik- zum Kunstobjekt ist ein wichtiger Schritt zu einer ‚solareren‘ und nachhaltigeren Welt», ist Ballif überzeugt. Er hofft, dass sich so auch jene Akteure in der Baubranche überzeugen lassen, die bisher noch zögerten, auf Fassaden-Photovoltaik zu setzen.

Pigmente im Karomuster

Kein Zögern kannten jedenfalls die Bauherrschaft und das Architekturteam beim 2019 mit dem Solarpreis ausgezeichneten Mehrfamilienhaus in Zürich-Höngg. Ihr innovatives Projekt zeigt, dass sich Energiegewinnung und Ästhetik schon heute verbinden lassen. Die verwendeten Fassadenmodule sind ein Meter breit, in der Höhe variieren sie. Sie sind versetzt angeordnet, was einen verspielten Eindruck schafft. Für die Farbgebung ist ein Keramiksiebdruck mit Farbpigmenten im Karomuster verantwortlich, der auf die Rückseite des Frontglases der Panels aufgetragen wurde.

Aus der Distanz nimmt man das Muster als einfarbige Fläche wahr, die sich je nach Einfallswinkel des Lichts verändert. Der bedruckte Teil macht jedoch nur die Hälfte der Fläche aus, sodass der energetische Ertrag der Photovoltaikmodule nur leicht gemindert wird. Der Effizienzgrad der Module reduziert sich insgesamt um lediglich etwa 18 Prozent. Energiegewinnung und Gestaltung der Fassade sind so kein Widerspruch, sondern lassen sich zu einem stimmigen Ganzen vereinigen.