Solarstrom lässt sich auf vielfältige Weise gewinnen. In der Regel bieten sich hierfür horizontale Strukturen an, also Dächer, Freiflächen etc. Fassaden fristen in dieser Disziplin (noch) ein Nischendasein, denn zum einen ist der Wirkungsgrad auf vertikalen Flächen geringer und zum anderen ist eine optische Beeinträchtigung der Fassade in aller Regel unerwünscht. Was also tun, um dieses Potential zu heben?
Ein Team von Studenten am Architektur-Institut der HTWK (Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur) in Leipzig hat sich unter Leitung von Prof. Frank Hülsmeier dieser Frage angenommen und eine „parametrisch optimierte Fassade als Energiequelle“ entwickelt.
Die Forscher bedienten sich dabei der Methodik des parametrisch-generativen Entwerfens oder AAD (Algorithms-Aided Design). Dabei werden die Möglichkeiten der CAD insofern erweitert, als dass weitere Algorithmen optimierend in den Entwurfsprozess eingreifen, sodass dieser den Zustand des statischen Modellierens verlässt und sehr komplexe Berechnungen gestattet. Das erlaubt das Arbeiten mit dynamischen Parametern, wodurch in kurzer Zeit eine große Zahl von Varianten entstehen. Simulationsgeometrien bewerten diese, wodurch wiederum sehr schnell Einfluss auf die Parameter genommen werden kann.
Als der Geschäftsführer der Firma Aluform aus Bad Rappenau, Tim Friedrich, von dieser Forschungsarbeit erfuhr, war sein Interesse geweckt. Aluform hat sich darauf spezialisiert, hochwertige Fassaden aus dem Fassadenmaterial Alucobond zu planen und zu bauen. Das dreischichtige Materialkomposit lässt sich sehr gut bearbeiten und präzise kanten. Deshalb ist es besonders gut geeignet, auch dreidimensionale Fassadenelemente in hoher Qualität zu fertigen. Das Forscherteam hatte verschiedene Materialien untersucht, bis hin zu Ziegelmauerwerk. Allerdings sprachen insbesondere die nahezu freie Formbarkeit sowie das äußerst geringe Flächengewicht für den Einsatz der Aluminiumverbundplatten. Erste Berechnungen und Tests, die mit Unterstützung des Herstellers 3A Composites aus Singen vorgenommen wurden, führten zu vielversprechenden Ergebnissen und realitätsnahen Mock-ups. Da die Firma Aluform gerade den Bau eines zweigeschossigen Verwaltungsgebäudes für vierzig Mitarbeiter plante, ergab sich die Möglichkeit, die neue Technik am Objekt zu testen.
Weil die optimierten Flächen und die Anstellwinkel von der Lage der einzelnen Elemente zur Sonne abhängen, ergab sich zwingend, dass die Süd- und die Westfassade unterschiedlich gestaltet werden mussten. Außerdem war zu berücksichtigen, dass die Eigenverschattung der Bauteile auszuschließen, oder zu minimieren sei. Unter Verwendung der dunklen PV-Module auf der weißen Oberfläche (Pure White 10) der Fassadentafeln ergab sich eine ganz eigene Ästhetik, die auch Betrachtern zusagt, völlig losgelöst vom technischen Hintergrund.
Der Anteil der aktiven Zellen liegt auf der Südfassade (201 Module) bei 45 Prozent, auf der Westfassade (153 Module) sind es 18 Prozent; die Leistungen betragen 7,37 kWp, bzw. 2,84 kWp. Pro Jahr war die Nettostromproduktion mit insgesamt 6.870 kWh/a prognostiziert, das Monitoring ergab jedoch einen Ertrag von 8.845 kWh/a.
Damit ist es den Forschern gelungen, den Wirkungsgrad einer vertikalen PV-Anwendung um etwa 50 Prozent gegenüber konventionellen Anlagen zu steigern, ein beachtliches Ergebnis. Der Bauherrin beschert die Fassade nicht nur die genannten Strommengen, sie legt gleichermaßen Zeugnis ab für die Innovationskraft aller Beteiligten sowie für den meisterhaften Umgang mit dem dreischichtigen Fassadenmaterial. Außerdem ist hier ein neuer „Look“ entstanden, der Nachahmer auf den Plan rufen dürfte.