Die Solardachpflicht kommt – erst für gewerbliche Gebäude, bald auch für Wohngebäude. Die ersten Bundesländer wollen sie noch in diesem Jahr einführen. Jedes neue Gebäude – in manchen Bundesländern gilt dies auch für Parkplätze – muss dann eine Photovoltaikanlage aufs Dach montieren und so einen kleinen Beitrag leisten, die CO2-Emissionen im Land zu senken. Aber wieso eigentlich immer „aufs Dach“? Die Fassaden der Gebäude bieten viel größere Flächen und eignen sich – sofern nach Süden ausgerichtet – ebenso gut zur Stromgewinnung. Dadurch könnten laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg allein in Deutschland 1400 Gigawatt PV-Leistung installiert werden – derzeit sind es insgesamt nur 54 Gigawatt. Die Photovoltaik lasse sich in Bauelemente integrieren, die zusätzlich zur Stromgewinnung klassische Funktionen wie Wärmedämmung, Wind- und Wetterschutz übernehmen. Wenn sie nur nicht so unästhetisch wären. Herkömmliche Photovoltaikmodule mit Aluminiumrahmen verschandeln jede Fassade, Module aus schickem Glas oder organischen Materialien sind teuer. Allen gemeinsam ist, dass die hängende Installation ziemlich aufwändig und damit kostenintensiv ist.
Neue Wege ging hier das Forschungsprojekt „Gebäudeintegrierte Photovoltaik“ (Building Integrated Photovoltaics = BIPV). Es wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie – mit dem Regierungswechsel umbenannt in Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz – mit rund zwei Millionen Euro gefördert. Nach dem Start im Januar 2017 ist das Projekt im September 2020 ausgelaufen. Ziel der sechs Partner unter der Leitung des Fraunhofer ISE war die „Entwicklung einer vorgefertigten Standard-BIPV-Fassade für ausgewählte Bauwerkskategorien in Deutschland für die energetische Sanierung des Gebäudebestandes und Bereitstellung von erneuerbarer Energie vor Ort“, wie es im Projektantrag heißt.
Neuer Stecker erleichtert die Montage
In einem Arbeitspaket hat sich LAPP mit der Steckverbindung an den PV-Modulen befasst. Bisher wurden die Module, wenn sie an die Fassade gehängt werden, von Hand verkabelt, im Prinzip wie bei einer Anlage auf dem Dach oder bei einer Freiflächenanlage. Auch der Weltmarkführer für integrierte Kabel- und Verbindungssysteme hat entsprechende Steckverbinder im Sortiment. Das BIPV-Projekt geht hier neue Wege. Ziel ist, dass sich die fest in den Modulen verbauten Steckverbinder automatisch und dauerhaft fest mit ihrem Gegenstück an der Trägerkonstruktion verbinden, wenn der Installateur das Modul in die Aufhängung hineindrückt. Eine nachträgliche Verkabelung entfällt, das spart Zeit und vermeidet Fehler.
Gemeinsam mit den Partnern definierte LAPP die Anforderungen an den Steckverbinder wie folgt:
- Bemessungsspannung 1500 V DC
- Bemessungsstrom 30 A
- IP-Schutzklasse IP 68 (1m/10h)
- Temperaturbereich -40° C – +85° C
- Polzahl 4
- Steckzyklen 50
Steckverbinder gleicht Toleranzen aus
Außerdem wurde festgelegt, dass die eine Hälfte des Steckverbinders am Solarmodul und das Gegenstück am Rahmen an der Fassade vormontiert werden. Bei Steckverbindern betragen die zulässigen Toleranzen üblicherweise wenige zehntel Millimeter. Solche geringen Toleranzen lassen sich bei der Montage einer großen Fassadenkonstruktion niemals gewährleisten, schon die Ausdehnung bei Wärme würde diese Werte überschreiten. Das Team von LAPP entschied daher, dass die Steckerhälfte am Fassadenrahmen schwimmend, also in gewissen Grenzen beweglich sein sollte, um Toleranzen auszugleichen.
Ergebnis ist ein Steckverbinder mit einer Buchse, die über eine Kernverbundplatte an das Solarpanel laminiert wird. Das Gegenstück an der Fassade ist ein Winkelstecker, der am Aluminiumrahmen befestigt wird. Die komplette Steckverbindung wurde im Entwicklungslabor einer Prüfung unterzogen und bestand alle Anforderungen.
Der erste Steckverbinder, den das Team von LAPP entworfen hatte, wurde allerdings wieder verworfen, er passte nicht mehr an das Solarmodul, dessen Rahmen im Lauf des Projekts umkonstruiert wurde. Für den ersten, wie auch für den zweiten Stecker besitzt LAPP ein Patent. Gleichwohl: Auch der zweite Stecker wird so nicht in Serie gehen. Der Grund ist, dass auch dieser Stecker nur an diesen einen Rahmen passt und dass dieser Rahmen für ein Serienprodukt wohl erneut verändert wird. „In dem Projekt war kein Systemintegrator dabei – das war ein Fehler“, gibt Werner Körner, Leiter Entwicklung und Technik bei LAPP, unumwunden zu. In einem weiteren Forschungsprojekt soll diese Lücke nun geschlossen werden.
