© Sophia Lehner, Universität Graz
Bauwerkintegrierte Photovoltaik
Wenn die Fassade zum Kraftwerk wird
Bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV) kann Fassaden in aktive Stromerzeuger verwandeln – ein Potenzial, das bislang kaum genutzt wird. Wie der Schritt aus der Nische in die standardisierte, wirtschaftliche Anwendung gelingen kann, zeigen vier vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) geförderte Verbundvorhaben: vom ästhetischen Design über die Werkstoff- und Produktionstechnik bis zur durchgängig digitalisierten Planung und Fertigung.
HeriSol: Denkmalschutz und Solarenergienutzung im Einklang
Das architektonische Erbe ist ein besonders sensibles Feld für die BIPV: Historische Gebäude geraten bei der Solarenergienutzung schnell in Konflikt mit dem Erhalt ihres geschützten Erscheinungsbilds. Genau hier setzt das umfangreiche, internationale Verbundprojekt HeriSol an, das seit Ende 2024 gefördert wird. „Es geht darum, denkmalgeschützte Gebäude in eine nachhaltige Energieversorgung einzubinden“, sagt Dr. Jan-Bleicke Eggers vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE). Aus reinen Energieverbrauchern sollen „behutsam“ aktive Prosumenten werden.
„Für mich als Ingenieur ist die Integration BIPV-basierter Lösungen in erster Linie eine technische – sie muss aber ebenso ästhetisch überzeugen und darüber hinaus rechtlich, sozial und ökonomisch tragfähig sein.“Dr. Jan-Bleicke Eggers, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)
Der technische Schlüssel ist die am Fraunhofer ISE entwickelte MorphoColor®-Technologie. Inspiriert von den Flügeln des Blauen Morphofalters verzichtet die Technologie auf Farbpigmente: Ein photonischer Schichtstapel, der aus vielen hauchdünnen Materialschichten besteht, reflektiert durch gezielte Interferenz nur die für den Farbeindruck notwendigen Wellenlängen, während das übrige Spektrum ungehindert zur Solarzelle gelangt. So bleibt der Wirkungsgrad nahezu erhalten. „Die entwickelten Farbvarianten erreichen rund 95 Prozent des Wirkungsgrades eines herkömmlichen, schwarzen Klarglas-Referenzmoduls“, berichtet Eggers. Eine mikrostrukturierte Glasoberfläche sorgt zudem dafür, dass der Farbeindruck auch aus verschiedenen Blickwinkeln stabil bleibt – sogar stabiler als der des Falters, dem biologischen Vorbild.
Fraunhofer ISE
Ein wichtiger Aspekt bei der Photovoltaiknutzung am Gebäude ist die Berücksichtigung und Minimierung von (Teil-)Verschattung, die sich stark ertragsmindernd auswirkt und elektrotechnisch ungünstig ist. Dies zeigt sich auch am umfangreichsten Demonstrator des Projekts: der Terrassenhaussiedlung in Graz. Dort werden die markanten orangefarbenen Balkonbrüstungen durch BIPV-Elemente ersetzt. Den Brüstungen hatten die Architekten beim Bau ein vorgesetztes Gitter gegeben, das jede Fläche teilweise verschattet. „Wir haben hier über den ganzen Tag hinweg mit Teilverschattungen zu kämpfen – das müssen wir im elektrischen Design berücksichtigen.“ Mit Simulationen analysiert das Team, welche Teile der Flächen aktiv sein sollen und welche passiv bleiben.
Fraunhofer ISE
Wie weit die Forschungsansätze über die konkrete Anwendung im Denkmalschutz hinausreichen, zeigt ein weiterer Demonstrator des Projekts: die ebenfalls denkmalgeschützte Limerick City Gallery of Art in Irland. Hier konzentrieren sich die Arbeiten auf das Dach mit seinen Faserzementschindeln in Schieferanmutung, die in Irland und Großbritannien im Wohnungsbau weit verbreitet sind. Gelingt hier eine überzeugende Kombination aus BIPV-Schindeln mit biogener Wärmedämmung, entsteht eine universell anwendbare Sanierungslösung. „Unsere technischen Lösungen sind mit der passenden Planungsunterstützung und den Projektansätzen zur Einbindung aller relevanten Akteure auf nicht-denkmalgeschützte Gebäude übertragbar“, so Eggers. Das Projekt läuft noch bis November 2027.
ISO-PV: Die Solaranlage direkt im Isolierglas
Einen anderen Hebel nutzt das Verbundprojekt ISO-PV, das im Juni 2025 gestartet ist: Ein Standardbauprodukt – das Isolierglas – wird bereits im Werk mit Solarzellen aufgewertet. „Wir wollen das Isolierglas und die Photovoltaik zu einem neuen Produkt integrieren – unserem ISO-PV-Modul“, erklärt Dr. Thomas Schmidt von der Flachglas Sachsen GmbH.
Fraunhofer ISE
Der technische Ansatz: Die Solarzellen werden geschützt im Inneren des Isolierglases aufgeklebt. Dadurch sind sie sicher vor Umwelteinflüssen, ohne dass die im Modulbau sonst üblichen, dauerhaften Kunststoffschichten und das aufwändige Laminieren nötig sind. Die Außenseiten bleiben frei und lassen sich optisch durch Strukturierung oder Farbgebung aufwerten.
Das bringt ökologische und sicherheitstechnische Vorteile: Ohne verschmolzene Kunststoffschichten lassen sich die Materialien am Lebensende sauber trennen – nach Einschätzung von Schmidt könnte so „das am besten zu recycelnde PV-Modul der Welt“ entstehen. Zudem sinkt durch den geringen Kunststoffanteil die Brandlast im Fassadenbereich.
Als Basis fungiert hier eine flexible Matrix-Schindel-Modulverschaltung der Solarzellen. „Das Design erlaubt es, gezielt Lücken für Teiltransparenz einzubringen und auch nicht-rechteckige Geometrien effizient zu belegen“, so Schmidt, der im Projekt das industrielle Produktionsverfahren für das gebäudeintegrierte PV-Modul im Isolierglas entwickelt. Einsatzfelder sind zum Beispiel Glasfassaden im Objekt- und Gewerbebau, Oberlichter und Überdachungen. Wirtschaftlich liegt der Reiz darin, dass die Glasindustrie ISO-PV-Module weitgehend mit ihren bestehenden Prozessen herstellen kann – ein möglicher Baustein für eine breitere Markteinführung von BIPV.
Design-PV: Solarfassade trifft Architektur
Photovoltaik möglichst unsichtbar in die Architektur zu integrieren – das ist der Ansatz des Verbundvorhabens Design-PV: Dekorfolien mit Strukturlacken verwandeln PV-Module in Fassadenelemente, die Stein, Holz oder Putzoptik nachbilden. „Häufig scheitert die PV-Integration an den ästhetischen Ansprüchen von Architekten und Bauherren, die ein einheitliches Erscheinungsbild der Fassade fordern“, erklärt Dr. Cindy Steiner vom Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP). Als Beispiel für unübersehbar aufgesetzte Modulflächen nannte sie den Freiburger Hauptbahnhof, ein Neubau der 2000er-Jahre, während das Freiburger Rathaus PV harmonisch einbinde.
„Um die Akzeptanz und Verbreitung von BIPV zu erhöhen, müssen PV-Module kostengünstig, langlebig und optisch ansprechend in die Fassade integriert werden.“Dr. Cindy Steiner vom Fraunhofer FEP
Das Projekt, das noch bis Oktober 2026 läuft, kombiniert etablierte Fassadenelemente und PV-aktive Elemente unter Wahrung eines einheitlichen und neutralen Erscheinungsbilds möglichst ohne sichtbare PV. „In diesem Vorhaben entwickeln wir ein Verfahren für eine einfache und kostengünstige Gestaltung von PV-aktiven und passiven Fassadenelementen mittels Dekorfolien“, so Steiner. Dazu werden Strukturlacke im Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf Polymerfolien aufgebracht. Das Fraunhofer FEP bereitet die Folienoberflächen mittels Nanostrukturierung vor und sorgt so für eine dauerhafte Haftung der Beschichtung. Surteco, Industriepartner im Projekt, übernimmt anschließend die Beschichtung im Rolle-zu-Rolle-Prozess, bei dem Lackauftrag, Prägung und Aushärtung in einem Durchlauf erfolgen – ein industriell etabliertes Verfahren, das auf große Stückzahlen skalierbar ist.
ISFH
„Dekorfolie bietet dabei ein breites Spektrum an Gestaltungsmöglichkeiten. Man kann sowohl die Farbe variieren als auch die Oberflächenstruktur. Wichtig dabei ist nicht nur die Optik, sondern der Strukturlack erzeugt eine fühlbare Textur“, erläutert Dr. Michael Rienäcker vom Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH), das am Verbundvorhaben beteiligt ist. „Die Module sehen nicht nur so aus, sondern fühlen sich auch so an wie Baumaterialien.“ So lassen sich zum Beispiel naturidentische Stein- oder Holzoberflächen nachbilden und Fassaden mit ästhetischer und einheitlicher Optik aus PV-aktiven und passiven Metallfassadenelementen erzeugen. Das spart Geld, denn für abgeschattete Fassadenflächen oder Bereiche, die für eine einheitliche Optik teure PV-Sonderformate erfordern würden, können kostengünstigere, nicht PV-aktivierte Standard-Fassadenelemente eingesetzt werden. Dies wirkt sich nicht nur positiv auf die Optik, sondern insbesondere auch auf die Wirtschaftlichkeit aus.
Für die industrielle Umsetzung bringt das Konsortium die nötige Kompetenz entlang der gesamten Wertschöpfungskette mit: Flachglas Sachsen als Spezialglashersteller und Hersteller von BIPV-Modulen, Ronge Fassadenbau als erfahrener Metallfassadenbauer und Tomasic Engineering im Bereich Produktionsautomatisierung liefern die Brücke von der Forschung in die Baupraxis.
DIGI-PV: Automatisierte Planung vom Handyfoto bis zum Robotergreifer
Die besten Module nützen wenig, wenn Planung und Montage maßgeschneiderter BIPV-Elemente im Bestand zu komplex und zu teuer bleiben – so beschreibt das Verbundvorhaben „DIGI-PV – Digitale Planung und automatisierte Produktion von Gebäude-integrierter Photovoltaik“ seine Motivation. Ziel ist eine durchgängig digitale Wertschöpfungskette. „Das ist ein sehr prozessorientiertes Thema“, sagt Dr. Torben Pullmann von der albert.ing GmbH.
Zunächst wird die Fassade unkompliziert mit herkömmlichen Kameras, etwa Smartphone-Fotos, erfasst. Daraus entsteht automatisiert ein Building Information Modelling (BIM) Modell. Eine Planungssoftware simuliert die solare Einstrahlung und platziert die Module automatisch – dabei wägt sie zwischen Ertrag, Ästhetik und der Anzahl der Module ab. Als zentrale Datendrehscheibe dient eine BIM-konforme Common Data Environment (CDE), ein virtueller Projektraum, der alle relevanten Gebäudeinformationen bündelt, und auf den beispielsweise Architekten zugreifen können.
Bestandsgebäude Theaterwerkstatt Hannover zur PV-Fassadenplanung
Einstrahlungssimulation zur Bestimmung des PV-Ertrags
Varianten der PV-Fassadenbelegung in einer CDE
Die digitale Kette reicht bis in die Fabrik: Die Planungsdaten werden in maschinenlesbare Fertigungsaufträge übersetzt. Ein neu entwickelter, automatisierter String-Greifer soll die Produktion maßgefertigter Einzelstücke wirtschaftlich machen. DIGI-PV, das noch bis Jahresende läuft, adressiert damit eine Reihe von Hemmnissen für einen großflächigen Einsatz der PV-Technologie zur Erschließung von deutlich mehr Fassadenflächen.
Die Gebäudehülle der Zukunft ist aktiv, schön und digital
Die vier Verbundvorhaben zeigen unterschiedliche Ansätze, um den Einsatz bauwerkintegrierter Photovoltaik zu erleichtern. Wenn anspruchsvolles Design, Werkstofftechnik und durchgängig digitalisierte Planungs- und Fertigungsprozesse zusammenkommen, könnten sie die Voraussetzungen für einen breiteren Einsatz bauwerkintegrierter Photovoltaik verbessern. Vorgestellt haben sich die Projekte am 17. Juni 2026 im Online-Workshop „BIPV Impuls“, einer Veranstaltung der Forschungsnetzwerke Energiewendebauen und Erneuerbare Energien. Das gemeinsame Ziel: durch die Forschungsfortschritte die Akzeptanz von BIPV-Lösungen in der Architektur zu erhöhen. (an)
