Gebäudeintegrierte Photovoltaik (GIPV bzw. international BIPV – Building Integrated Photovoltaics) bezeichnet innovative Solarsysteme, die sich nahtlos als funktionale Bauelemente in die Gebäudehülle eingliedern, anstatt wie klassische PV-Anlagen aufgesetzt zu werden. Dadurch übernehmen die Photovoltaikmodule eine Doppelfunktion: Sie dienen nicht ausschließlich zur Stromerzeugung, sondern gleichzeitig als Dachziegel, Fassadenelemente, Fenster, Geländer oder Sonnenschutz – und integrieren sich optisch harmonisch und multifunktional in das Gebäude.

Beispiele dafür sind:

• Solardachziegel, die reguläre Dachziegel ersetzen
• Fassadenelemente aus beidseitig verglasten PV-Modulen
• Transparente, stromerzeugende Fenster oder Sonnenschutzbereiche
• PV-Systeme für Carports oder Lärmschutzwände

Vorteile:

• Kein zusätzlicher Flächenverbrauch, da die Module integraler Bestandteil der Gebäudehülle sind
• Architektonische Flexibilität und verbesserte Ästhetik
• Reduzierter Materialeinsatz, da PV-Module klassische Baustoffe wie Dachziegel oder Fassadenverkleidung ersetzen können
• Energieeffiziente und klimafreundliche Gebäude mit nachhaltigem Mehrwert

Herausforderungen:

• Im Vergleich zu klassischen PV-Anlagen fallen meist höhere Investitions- und Planungskosten an
• Die bauliche Integration ist technisch komplex und muss baurechtlichen, wie elektrischen Standards entsprechen
• Wirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit können standort- und gebäudebedingt variieren
• Amortisationszeiten sind zum Teil länger als bei Standard-PV-Anlagen.

Gebäudeintegrierte Photovoltaik verbindet Energiegewinnung und moderne Architektur auf einzigartige Weise und ist nach aktuellen EU-Standards ein wichtiger Baustein für zukunftsfähiges, nachhaltiges Bauen – unter anderem, weil Neubauten immer stärker auf Energieeffizienz und erneuerbare Technologien ausgerichtet werden müssen. Neben dem Stromgewinn bringt die Technologie architektonische und bauphysikalische Vorteile wie Wetterschutz, Dämmung oder Sichtschutz mit sich, und ermöglicht kreative Lösungen für Energie und Design.

Vier Beispiele aus Deutschland, der Schweiz und Österreich

1. Erweiterungsbau des Umweltbundesamtes

Am Hauptsitz des Umweltbundesamtes in Dessau-Roßlau wurde 2023 ein Erweiterungsbau mit 111 Büroarbeitsplätzen im Plus-Energie-Standard eröffnet. Dafür wurden umweltverträgliche Baustoffe wie Recyclingbeton und eine Wärmedämmung mit nachwachsenden Rohstoffen verwendet.

Photovoltaikelemente, die auf dem Dach und in die Süd-, West- und Ostfassade integriert sind, erzeugen einen Teil des dafür benötigten Stroms. In Kombination mit Wärmepumpen wird das Gebäude somit vollständig mit erneuerbarer Energie versorgt. Der Bau kann deshalb als Vorbild für weitere Bundesbauten dienen.

Video: Erweiterungsbau des Umweltbundesamtes (UBA) am Hauptsitz Dessau-Roßlau

2. Netto-Nullenergiegebäude Rathaus Stühlinger, Freiburg

Genutzt wird hier BIPV als Sonnenschutz: Die Fassade aus Holzelementen ist mit PV-Modulen so gestaltet, dass sie Schatten spenden und Strom erzeugen. Die Fassade ist 13.000 m² groß und energetisch optimiert. 880 nach außen gefaltete Metallelemente sind mit von „a2-solar“ optimierten Solarmodulen bestückt. Mit einer Gesamtleistung von 220 kWp erzeugen sie nicht nur Strom, sondern schaffen gleichzeitig auch eine hohe Transparenz.

1 Rathaus im Stühlinger (Freiburg im Breisgau)

3. Wattway: Weltweit erster Photovoltaik-Straßenbelag

Wattway-Platten sind Sonnenkollektoren einer neuen Art. Sie überzeugen durch ihre extreme Feinheit (wenige Millimeter Dicke) und ihre Festigkeit. Sie werden auf den vorhandenen Straßenbelag, Fahrradwege, Parkplätze, usw. geklebt, ohne dass dafür große Bauarbeiten erforderlich sind. Wattway hat den Vorteil, Elektrizität zu erzeugen, ohne sich dabei auf landwirtschaftlich genutzte Flächen und natürliche Landschaften auszubreiten.

Die äußerst zerbrechlichen Zellen sind von einem mehrschichtigen Substrat aus Harz und Polymeren umgeben. Sie sind ausreichend durchsichtig, um das Sonnenlicht durchzulassen und zugleich widerstandsfähig genug, um den Verkehr von Fahrzeugen auszuhalten. Die Oberfläche, die mit den Reifen von Fahrzeugen in Kontakt ist, bietet eine ähnliche Bodenhaftung, wie herkömmliche Straßenbeläge.

2 Wattway ist eine Technologie der Firma Colas in Zusammenarbeit mit dem französischen Institut für Sonnenenergie (INES)

Drei Pilotprojekte von Wattway:

• In Tourouvre-au-Perche (Normandie, Frankreich) wurde 2016 eine 1 km lange Versuchsstraße mit ~2.800 m² Wattway-Modulen gebaut. Diese sollte u.a. genug Strom erzeugen, um die Straßenbeleuchtung der Gemeinde zu versorgen.
• Es gibt Radwege-Projekte in den Niederlanden, die einige 1000 m² umfassen – hierzu ein Film.
• Wattway bietet modularisierte Lösungen an (z. B. Wattway Pack) mit Speicher, Steuerung, für Anwendungen wie E-Bike Ladestationen, Beleuchtung, etc.

4. Das SwissTech Convention Center in Lausanne

Das SwissTech Convention Center (EPFL, Lausanne) verwendet eine sogenannte Grätzel-Fassade („Grätzel cells“ bzw. dye-sensitized solar cells, kurz DSSC). Dabei handelt es sich um Farbstoffsolarzellen, die sich durch einige interessante Eigenschaften auszeichnen. So arbeiten sie anders als klassische Silizium-Solarzellen: Licht regt in einem Farbstoff Elektroden an; der Farbstoff gibt Elektronen frei, die ins Titandioxid gelangen. Entwickelt wurden sie vom EPFL-Forscher Prof. Michael Grätzel entwickelt. Der gebürtige Sachse Grätzel ist kein Unbekannter in der Photovoltaik-Szene – seit Jahren wird der Chemieprofessor für den Nobelpreis gehandelt.

3 SwissTech Convention Center at EPFL, Lausanne Switzerland. Die Fassade ist mit rund 300 m² der Grätzel-Zellen bestückt. Die Farbtöne und Anordnung dienen einer ästhetisch ansprechenden Gestaltung (Lichtstimmungen, Farbmischung).

Spezielle Eigenschaften der Grätzel-Fassade am STCC sind Transparenz + Farbe:
Die Panels sind semi-transparent und gefärbt (mehrere Farbtöne von Rot, Grün, Orange), wodurch sie nicht nur Strom erzeugen, sondern auch gestalterische Lichtstimmungen erzeugen. Unabhängig vom Lichteinfallswinkel sind diese auch bei diffusen Lichtverhältnissen wirksam.

Eine Mehrfachfunktion wird mit der Stromerzeugung und dem Sonnenschutz erreicht.
Die Fassade schützt vor direkter Sonneneinstrahlung, was den Kühlbedarf verringert, und erzeugt zugleich erneuerbaren Strom. Dadurch wird die Energieeffizienz des Gebäudes insgesamt verbessert.

Der Wirkungsgrad der Grätzel-Zellen ist (zum Zeitpunkt der Planung und Ausführung) deutlich niedriger als der von heute üblichen Silizium-Solarzellen.