Stuttgart-Vaihingen: Forschungseinrichtung bezieht Großteil der Energie aus Solarstrom

Das neue Institutsgebäude des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) am Standort Stuttgart erkennt man schon von weitem an seiner PV-Fassade aus CIGS-Dünnschichtsolarmodulen. Mit dem Strom, der an der Südost- und der Südwest-Fassade produziert wird, können die Wissenschaftler direkt ihren selbst erzeugten Solarstrom für ihre Solarenergie-Forschungen einsetzen.

Der höchste Teil des dreigliedrigen Gebäudes, „Turm“ genannt, wird an drei Seiten mit fassadenintegrierten Dünnschicht-Photovoltaikmodulen bestückt. Diese umfassen 170 Quadratmeter und eine installierte Leistung von rund 27 Kilowatt (KW). Auf dem Dach wird ebenfalls eine Solarstromanlage mit weiteren 20 KW errichtet. Die Solarmodule auf Basis von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) beruhen auf einer ZSW-Entwicklung und werden bereits weltweit eingesetzt. Aufgrund ihres homogenen mattschwarzen Erscheinungsbilds lassen sie sich harmonisch in Hausdächer oder Fassaden integrieren.

Am Beispiel der Photovoltaikfassade des ZSW-Institutsgebäudes in Stuttgart ermittelten die Forschenden 2020/ 2021, wie hoch der Anteil von selbst erzeugtem Solarstrom am gesamten Stromverbrauch sein kann.

Zuerst ermittelten sie am eigenen Institutsgebäude in Stuttgart die Solarstromerzeugung der CIGS-Dünnschichtsolarmodule an der Südost- und der Südwest-Fassade sowie die der Anlage auf dem Dach.

In einem zweiten Schritt rechneten die Forscher die Erzeugungsdaten am Institut auf einen typischen fünfstöckigen Verwaltungsbau hoch. Ihre Annahme: Ein Viertel der Gesamtfassade und 30 Prozent der Dachfläche sind mit Photovoltaik belegt, was im Beispiel zu einer installierten Leistung von 131 Kilowatt führt. Die Solarmodule erzeugen dann zusammen rund 115.000 Kilowattstunden Strom im Jahr gegenüber 170.000 Kilowattstunden Strombedarf. Der Bedarf ergibt sich aus Messdaten des Landes BW für Verwaltungsgebäude.

Das Ergebnis: Der Strom aus den Solarmodulen von Dach und Fassade kann bei einem Standard-Bürogebäude fast 40 Prozent des Gesamtbedarfs decken – und das sogar ohne den Einsatz von Solarstromspeichern. Die Kombination aus Dach- und Fassadenphotovoltaik lohnt sich sowohl im Tagesverlauf als auch saisonal.

Der hohe solare Anteil am Stromverbrauch ist ohne Batteriespeicher möglich. „Das liegt daran, dass Bürogebäude vor allem tagsüber Strom benötigen, der erzeugte Solarstrom daher den ganzen Tag über zu einem guten Teil sofort verbraucht werden kann“, sagte Dieter Geyer, Projektleiter am ZSW. „Eine Speicherung des Stroms für einen späteren Verbrauchszeitpunkt ist daher nicht unbedingt nötig.“ Dies wirkt sich positiv auf die Kosten des gesamten Photovoltaiksystems aus.

Hinzu kommt: Solarfassaden erzeugen bei geeigneter Ausrichtung wie im untersuchten Beispiel vor allem in den Morgen- und Abendstunden Strom, die Dachanlagen dagegen vor allem in den Mittagsstunden. So gibt es ein dauerhaft hohes Solarstromangebot in der stromverbrauchsintensiven Zeit zwischen 8 und 18 Uhr.

Auch über die Jahreszeiten hinweg passen Dach- und Fassadensolaranlagen gut zueinander und machen so die Stromversorgung von Bürogebäuden grüner: Während für die Dachanlage erwartungsgemäß die größten Leistungswerte in den Sommermonaten auftreten, ergänzt die Photovoltaikfassade durch ihre höchste Leistungsabgabe während der Wintermonate das jährliche Erzeugungsprofil auf ideale Weise. Fassadenanlagen nutzen die tief stehende Sonne im Winter aufgrund ihrer vertikalen Ausrichtung besser als Dachanlagen.