Ausgangssituation
Zukünftige Gebäude sollen einen Großteil ihrer benötigten Energie selbst erzeugen. Eine Möglichkeit dafür ist, Photovoltaik (PV) auf Gebäudedächern zu installieren. Ein darüber hinausreichendes Konzept ist die sogenannte gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV, building integrated photovoltaic), bei der photovoltaische Elemente direkt als Fassaden-, Dach- oder teildurchlässiges Fensterelement verwendet werden. Der BIPV wird ein hohes Wachstumspotenzial zugeschrieben.
Ein BIPV-Element hat mehrere Funktionen: Es dient der Stromerzeugung und ist Teil der Gebäudehülle. Zwei Gebiete treffen hier aufeinander, einerseits das Bauwesen, andererseits die Elektrotechnik. Somit ist nicht nur die Bauproduktenrichtlinie mit allen damit verknüpften harmonisierten Normen einzuhalten, sondern unter anderem auch die Niederspannungsrichtlinie zu erfüllen.
Die Hersteller von PV-Modulen geben für ihre Produkte die bei reiner Stromerzeugung relevanten elektrischen Kenngrößen wie z. B. die maximale Leistung, die Klemmspannung und den Kurzschlussstrom eines Moduls an. Diese Größen werden unter STC (Standard Test Conditions, Standardprüfbedingungen bei 25 °C Zelltemperatur, Einstrahlungsleistung von 1000 W/m²) oder NOCT (Normal Operating Conditions Temperature, Nennbetriebs-Zellentemperatur bei Einstrahlungsleistung von 800 W/m², 20 °C Umgebungstemperatur) gemessen. Diese Testbedingungen aus der Photovoltaik geben nicht unbedingt die Referenz- bzw. Einsatzbedingungen aus dem Bauwesen wieder. Planer und Architekten benötigen bei der BIPV Kennzahlen und Leistungseigenschaften, die über die bisherigen Angaben aus der Photovoltaik hinausgehen.
Eine wichtige Planungsgröße bei teiltransparenten Bauteilen ist beispielsweise der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert), der nach DIN EN 410 bzw. kalorimetrisch bestimmt werden kann.
Zielsetzung
Ziel der Untersuchungen war es zu ermitteln, inwiefern der Gesamtenergiedurchlassgrad und auch entstehende Temperaturen von der elektrischen Leistungsentnahme abhängen.
Ergebnisse
Die Messungen wurden am kalorimetrischen g-Wert-Prüfstand des ift Rosenheim durchgeführt. Während der g-Wert-Messung wurde gleichzeitig die Strom-Spannungs-Kennlinie und der Wert maximal entnehmbarer Leistung (MPP – maximum power point) des Moduls durch Anlegen einer elektronischen Last (variabler Widerstand) bestimmt.
Der g-Wert wurde sowohl bei offenem Stromkreis (ohne elektronische Last) als auch unter maximaler Leistungsentnahme gemessen (mit elektronischer Last), um die beiden Fälle „aktives Element", d. h. Anschluss eines Verbrauchers und „passives Element" zu simulieren.
Die Messungen zeigen, dass der g-Wert der untersuchten PV-Module durch elektrische Leistungsentnahme am MPP abnimmt, bei Probekörper A von 0,35 auf 0,32 um 0,03 absolut und bei Probekörper B von 0,48 auf 0,46 um 0,02 absolut. Durch die elektrisch entnommene Leistung sinkt auch die Temperatur der PV-Zellen um 3,6 K bzw. 2,6 K.
Es wurden auch Experimente an semitransparenten Dünnschicht-Modulen (a-Si, amorphes Silizium) und CIS-Modulen (Kupfer-Indium-Disulfid) durchgeführt, die prinzipiell das gleiche Verhalten zeigen (g-Wert Reduktion und Temperaturabnahme).
Norbert Sack
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