Forschung für unsere Zukunft

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EF IEA-PVPS Task 15 Bauwerkintegrierte Photovoltaik

Bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV) ist einer der Meilensteine, um einen Wandel in unserem heutigen Energiesystem hinsichtlich einer zunehmenden Dezentralisierung und nachhaltigen, lokalen Erzeugung einzuleiten. Dies kann jedoch nur durch die Formierung eines innovativen Dreiecks zwischen Photovoltaik, Architektur und Bauingenieurwesen erreicht werden. Mit Hinblick auf die Tatsache, dass Europa als "bereits erbaut" gilt, ist BIPV eine wichtige Komponente in der Durchführung von Gebäudesanierungsmaßnahmen, welche im Rahmen der Energy Performance of Building Directive (EPBD) der europäischen Kommission als Schwerpunkt der europäischen Energiepolitik genannt werden. Photovoltaik (PV) ist ideal dafür geeignet, als aktiver Teil der Gebäudehülle einen festen Platz in der Planung, Errichtung und im gesamten Energieversorgungsverständnis einzunehmen. PV alleine in Form von Großkraftwerken im ländlichen Umfeld von Ballungsräumen zu errichten, hat zwar Potential zu einem erneuerbaren Gesamtenergiesystem beizutragen, jedoch ermöglicht diese Einsatzart weder die Erzeugung der Energie am Ort ihres Verbrauches, noch hat sie ein gleich hohes Mengenpotential wie BIPV. PV kann als aktiver Teil des Gebäudes, andere Elemente wie beispielsweise Fassadenteile, Sonnenschutz, Dachverkleidungen, usw. ersetzen und so einen wichtigen Teil in einer zukunftsfähigen Stadtplanung einnehmen.

Österreich, als Land mit einem vergleichsweise hohen Bruttoinlandsprodukt und einer gut entwickelten Industrie, hat eine lange Geschichte in der Spezialisierung auf maßgeschneiderte hochtechnologische Lösungen und verfügt über ein großes Potenzial, eine führende Rolle im Bereich der BIPV einzunehmen. Das umso mehr, als Österreich über produzierende Industrie und Dienstleister für Materialien, Komponenten und Systeme entlang der gesamten Wertschöpfungskette für BIPV-Lösungen verfügt. Mit Fokus auf die folgenden Schwerpunkte innerhalb des IEA PVPS Task 15 kann Österreich eine starke Position in dieser Technologiesparte einnehmen.

  • Implementierung von maßgeschneiderten und anwendbaren BIPV-Lösungen zur integralen Planung
  • Kombination von ökologischen und ökonomischen Vorteilen
  • Erarbeitung von soliden Geschäftsmodellen und Richtlinien
  • Kombination von elektrotechnischem, materialtechnischem und konstruktivem Ingenieurswissen

Mit dem Konsortium, bestehend aus der Technikum Wien GmbH, ertex Solartechnik, AIT - Austrian Institute of Technology, OFI - Österreichisches Forschungsinstitut für Chemie und Technik, FH Oberösterreich und Joanneum Research sind wichtige Akteure in den Ingenieurwissenschaften, der Produktentwicklung und erneuerbaren Energien kombiniert. Mit diesem aggregierten Wissen ist eine hochqualitative österreichische Beteiligung im IEA PVPS Task 15 – Acceleration of BIPV möglich.

Ziel des IEA PVPS Task 15 ist es, die internationale Zusammenarbeit im Bereich der Bauwerksintegration von Photovoltaik (BIPV) zu stärken und dadurch die Anwendung der Photovoltaik als aktives Baumaterial, welches neben der Energieproduktion eine weitere Rolle im Gebäude einnimmt, zu beschleunigen. Dazu gehören Erstellung und Dissemination von verlässlichen Informationen zu dem breiten Spektrum der bauwerksintegrierten Photovoltaik (BIPV), wie der Erstellung einer internationalen Projektdatenbank, die Entwicklung diverser Geschäftsmodelle z.B. zur Direktnutzung der gewonnen Energie, dem Abgleich internationaler Normierungen und Regelungen oder der Feststellung von Umweltauswirkungen. Die Basis zu diesen Bereichen wird in 6 entsprechenden Subtasks entwickelt:

  • Subtask A: BIPV Project database
  • Subtask B: Transition towards sound BIPV business models
  • Subtask C: International framework of BIPV specifications
  • Subtask D: Environmental impacts of BIPV
  • Subtask E: Demonstration
  • Subtask F: Dissemination

Diese Projekt ist fokussiert auf die Subtasks B, D und E. Es wird jedoch ebenfalls auf die weiteren 3 Subtasks A, C und F (gefördert im Rahmen der Forschungskooperation Internationale Energieagentur 5.4.4 „Task 15: Bauwerksintegrierte Photovoltaik“) eingegangen und mögliche Synergien zwischen den Subtasks werden erläutert, da nur durch die Verschränkung aller Arbeitspakete ein ganzheitlicher, nationaler sowie internationaler Überblick zur BIPV geschaffen werden kann. Das gesamte Österreichische Projekt-Konsortium, besteht aus FH Technikum Wien, ertex Solartechnik, AIT-Austrian Institute of Technology, OFI-Österreichisches Forschungsinstitut für Chemie und Technik, FH Oberösterreich und Joanneum Research.

Mit der Zusammenarbeit des österreichischen Konsortiums in allen 6 Subtasks des IEA PVPS Task 15 ergibt sich somit eine starke und intensive nationale Basis im Feld der BIPV. Österreich ist ein Land, welches sich immer mehr auf hochtechnologische und spezifische Photovoltaiklösungen fokussiert und mit einer starken Beteiligung an diesem Task kann auch im Bereich der bauwerkintegrierten Photovoltaik eine international führende Rolle in der Forschung, Entwicklung und Umsetzung dieser derzeit noch als Nische zu bezeichnenden Technologie geschaffen werden. Des Weiteren muss betont werden, dass durch die Zusammenfassung wichtiger nationaler BIPV Akteure in dieser Bietergemeinschaft eine starke Basis zur internationalen Kooperation geschaffen wird.

 

Ausgangssituation

Nachhaltigkeitsbewertung von Erzeugungsanlagen auf Basis Erneuerbarer Energieträger (Subtask D)

Die Nutzung erneuerbarer Energieträger wird oft per se als nachhaltig betrachtet. Argumentiert wird dies mit der Stärkung regionaler Wirtschaftsräume, Ressourcenschonung, Umweltentlastung oder neuen Perspektiven für Landwirte und Unternehmen. Ob bzw. wie nachhaltig der Einsatz erneuerbarer Energien tatsächlich ist, hängt jedoch von einer Vielzahl von Faktoren ab. Eine Bewertung des möglichen Beitrages zu nachhaltiger Entwicklung setzt daher eine Auseinandersetzung mit diesen Faktoren, und die Entwicklung von entsprechenden Bewertungskriterien voraus. Im Rahmen verschiedener Forschungsprojekte wurden bereits Kriterien für unterschiedliche Erzeugungstechnologien zur Umweltbewertung seitens des FH Technikum Wiens entwickelt und auch angewendet. So besteht derzeit bereits eine Methode zur Umweltbewertung von Photovoltaik, welche im Bereich des IEA PVPS Task 12 Umwelt, Gesundheit und Soziales entwickelt wurde. Eine Weiterentwicklung und Adaptierung basierend auf dieser Methode ist jedoch essentiell, um sie für die BIPV verwendbar zu machen. Hierzu wird versucht, einen Austausch zwischen Task 12 und 15 herzustellen und aufbauend auf den Ergebnissen der Task 12 (PV) unter Miteinbeziehung der Gebäudekomponenten eine BIPV –taugliche Methode in Task 15 zu entwickeln. National wird sich die BIEGE somit darauf konzentrieren, eine Vorgehensweise zur Umweltbewertung der BIPV zu erstellen und diese Erkenntnisse auf internationaler Ebene austauschen. Eine weitere Betrachtung der BIPV hinsichtlich Recyclierbarkeit und Wiederverwendbarkeit von Materialien stellt einen innovativen Schwerpunkt des Projektes dar.

Entwicklung neuer Geschäftsmodelle (Subtask B)

Das Joanneum Research hat mit den Projektpartnern AEE Salzburg, KW Solartechnik, Ebner Aichinger Guggenberger Rechtsanwälte GmbH bei der FFG einen Projektantrag zur Sondierung eines innovativen Geschäftsmodels für die Vor-Ort Nutzung von durch PV erzeugte Energie (Aufdach und BIPV) in Mehrparteienhäusern durch die Bewohner und durch die Kommune mit dem Titel PV4residents8 eingebracht. Dieses Projekt stellt einen innovativen Ansatz zur Geschäftsmodellentwicklung dar und ist somit auch in Verschränkung mit dem Task 15 von großem Interesse. Im Rahmen des Tasks 15 kann diese Idee eines innovativen Geschäftsmodells weiterentwickelt werden und mit internationalen Beispielen weiter abgestimmt werden. Das angesprochene Geschäftsmodell weist Ähnlichkeiten mit den in Deutschland bereits praktizierten Energiegenossenschaften für PV-Anlagen auf wird jedoch an die österreichischen Rahmenbedingungen angepasst. Die Erhöhung der Eigenbedarfsdeckung durch PV ist eines der vieldiskutierten Themen im europäischen und globalen Kontext. Neben dieser geeigneten Weiterentwicklung bringt die Teilnahme am IEA PVPS Task 15 weitere innovative Ansätze im Bereich der Geschäftsmodellentwicklung. In Zusammenarbeit mit den teilnehmenden Ländern können weitere BIPV spezifische Lösungen gefunden werden um entsprechende Best-Practice Geschäftsmodelle für BIPV zu konzipieren. Trotz erster Ansätze zur Konzipierung von Geschäftsmodellen für BIPV wurden sie in der Praxis noch nicht getestet. Das Projekt PV4residents geht diesen Schritt, diese Erkenntnisse würden in die Arbeiten der Task 15 einfließen und durch Simulation geänderter Rahmenbedingungen erweitert.

Demonstration : Darstellung der Vielseitigkeit und Langzeitstabilität von BIPV-Systemen (Subtask E)

Um den Übergang von BIPV von einzelnen Demonstrationsobjekten zu einer hohen Akzeptanz. technischen Marktreife und in der Folge Marktdurchdringung zu erreichen, soll ein Schwerpunkt auf die Darstellung der Langzeitbeständigkeit, Leistungsstabilität und die vielfältig möglichen Einsatzmöglichkeiten der BIPV gelegt werden. Erstmalig wird eine vollständige Übersicht der Verfügbarkeit von Testfacilities und -methoden für BIPV-Systeme in unterschiedlichen geografischen und klimatischen Umgebungen erstellt. Dadurch wird es für Unternehmen, insbesondere österreichische Betriebe möglich rasch und einfach neue Produkte für die jeweiligen Märkte prüfen zu lassen. Ein Vergleich der Ergebnisse, die aus Feldtests erhalten werden, mit jenen aus im Labor durchgeführten beschleunigten Alterungstests wird angestrebt und wird erstmalig erlauben, Alterungs-Schnelltests für BIPV Systeme zur Untersuchung ihres Alterungsverhaltens unterspezifischen Umwelt- und Klimabedingungen durchführen zu können. Damit können Produktentwicklungszeiten drastisch verkürzt werden und potentielle Schwachstellen im BIPV-Produkt identifiziert und verbessert werden. Forschungs-und Entwicklungsarbeiten zu diesem Thema werden im parallel laufenden Projekt „Infinity“ für verschiedene PV-Komponenten durchgeführt.

Die dort gewonnenen Ergebnisse können auf BIPV-Systeme umgelegt werden und in den Task 15 einfließen. Durch die Auswertung des Zeitverhaltens von Leistungsdaten, meteorologischen und technischen Kennwerten von BIPV-Systemen im (Test-)Betrieb und Kombination mit den auftretenden Fehlerbildern (erhalten durch zerstörungsfreie Prüfung) kann erstmalig in einem internationalen Rahmen eine große Datenmenge generiert werden. Eine folgende, intelligente Auswertung ermöglicht Rückschlüsse auf Verbesserungspotentiale von Modulaufbauten, Systemkonfigurationen und messtechnische Aspekte. Von besonderer Bedeutung dabei sind Lessons-Learned in Bezug auf spezifische Anforderungsprofile von Systemen in unterschlichen Stresssituationen (Temperaturwechsel, Feuchte, mechanische Belastung, Meernähe = Salzbelastung ….usw.). Installations- und Wartungsaspekte werden dabei mit erfasst und können gezielt optimiert werden. Betreffend der Demonstration der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und Erscheinungsbilder von BIPV Produkten um die Akzeptanz bei den Nutzern und im Markt zu erhöhen, werden Forschungsarbeiten für Fassadenelemente mit unterschiedlichen PVtechnologien, Farben und Materialkombinationen (flexibel – starr, polymere Abdeckungen –Glas) im laufenden interdisziplinären F&E&I Projekt „PV@fassade“ erarbeitet. Erstmalig ist es auch gelungen, eine Lehrveranstaltung an der TU WIEN zum Thema gebäudeintegrierte PV zu implementieren. Die erhaltenen Ergebnisse, hergestellten Muster-BIPV-Systeme und Realisierungsentwürfe können direkt für die Arbeiten im Task 15 verwendet werden.

Projektverlauf

Subtask B - Entwicklung von Geschäftsmodellen für bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV)

Subtask B erstellt derzeit - in enger Zusammenarbeit im internationalen Konsortium - einen Bericht mit dem Titel „Inventory on Existing Business Models and Boundary Conditions for BIPV" (erster Entwurf des Reports erschien Dezember 2017). Dieser Bericht dokumentiert zahlreiche Case Studies - darunter auch jene für Österreich – und enthält eine internationale Recherche sowie die erarbeitete Liste für BIPV Rahmenbedingungen und Fördermechanismen. Derzeit befindet sich der Bericht in der Review-Phase und sollte bis spätestens Mitte 2018 veröffentlicht sein.

Subtask D - Umweltauswirkungen von BIPV

Im laufenden Projektzeitraum konnten einige der inhaltlich gesetzten Ziele bereits bearbeitet werden. Diese wurden in enger Zusammenarbeit mit der französischen Projektleitung, durch die Darstellung der internationalen Grundlage hinsichtlich Lebenszyklus-Assessments für Photovoltaik und Gebäude (IEA Bericht: “LCA for PV and Buildings - A state of the art synthesis report“) erstellt. Der Bericht hierzu befasst sich mit der Analyse der gängigen LCA Guidelines im Gebäude und PV Bereich und stellt diese gegenüber um Gemeinsamkeiten sowie Widersprüchlichkeiten der unterschiedlichen LCA Guidelines herauszuarbeiten – und befindet sich in der Entwurfsphase. Aufbauend auf diese Analyse wird die Vorgehensweise zur Umweltbewertung der BIPV erarbeitet. Des Weiteren wurde in enger Zusammenarbeit mit internationalen Task-Partnern ein State of the Art-Bericht über „LCA for PV and Buildings - Overview of existing PEFCR and guidelines” erarbeitet. Dieser befasst sich mit existierenden Herangehensweisen für Life Cycle Assessments (LCA) sowie Product Category Rules (PCR) für PV-Systeme und Gebäudebestandteile, mit dem Ziel Synergien und Unterschiede hervorzuheben. Dieser internationale Bericht befindet sich derzeit im Review-Prozess und wird voraussichtlich bis spätestens Mitte 2018 veröffentlicht.

Subtask E - Demonstration, Angewandte Forschung und Entwicklung für die Implementierung von BIPV

In dieser Subtask wurde zuerst die Übersicht über nationale und internationale Testeinrichtungen erarbeitet und in Form einer IEA PVPS Task 15 Publikation ausgearbeitet - mit wesentlichen nationalen Beiträgen und in starker Kooperation mit dem internationalen Konsortium. Das Dokument mit dem Titel: “BIPV research teams & BIPV R&D facilities - an international mapping“ wurde bereits veröffentlicht und ist seit Anfang Jänner auf der internationalen Homepage des IEA-PVPS Task 15 zu finden: http://www.iea-pvps.org/index.php?id=458

Ebenfalls wurden in dieser Subtask auf nationalem Level bereits wesentliche, weitere Projektfortschritte verzeichnet, welche einen essentiellen Bestandteil des gesamten, internationalen Projektes bilden. Diese werden vor allem durch einen international angelegten Ringversuch (Round Robin Test bzw. Feldtest eines BIPV Mustermoduls an ausgewählten internationalen Testeinrichtungen) umfassend behandelt. Der Ringversuch wurde im abgelaufenen Projektjahr unter Koordination des österreichischen Konsortiums im Detail geplant und erfolgreich gestartet. In diesem Ringversuch werden Testeinrichtungen der 8 internationalen Partnerländern sowie das klimaspezifische Verhalten von BIPV-Modulen in den verschiedenen Teilnehmerländern getestet und analysiert. Die dafür verwendeten Module basieren auf baugleichen BIPV-Modulen der Firma ertex Solartechnik GmbH (im österr. Projekt-Konsortium), gefertigt gemäß der existierenden BIPV-Anlage verbaut im Power Tower in Linz (Energie AG). Dieser Versuchsaufbau erlaubt es, neben dem Vergleich der Testanlagen, die klimaspezifische Langzeitstabilität und Leistung von baugleichen BIPV-Elementen unter folgenden Bedingungen zu untersuchen und zu vergleichen:

• unter Laborbedingungen (Vorcharakterisierung unter Standard Test Conditions (STC) –Bedingungen)
• im Außeneinsatz in BIPV-Testanalgen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen
• im Realeinsatz in einer BIPV-Fassade im Gebäude (seit 2008 im Einsatz)
• unter beschleunigten Alterungsbedingungen (Klimakammer)

Der Start des internationalen Ringversuches erfolgte mit November 2017.

Ergebnisse

Bisherige Projektergebnisse sind dem Projektverlauf zu entnehmen. Projektende ist mit 31. Dezember 2018.

Steckbrief

Projektnummer
853591
Koordinator
FH Technikum Wien GmbH
Projektleitung
Peter ILLICH, illich@technikum-wien.at
Partner
AIT – Austrian Institute of Technology
JOANNEUM RESEARCH Forschungs- GmbH
OFI – Österreichisches Forschungsinstitut für Chemie und Technik
FH Oberösterreich
Schlagwörter
Photovoltaik BIPV IEA-PVPS
Förderprogramm
Energieforschung (e!MISSION)
Dauer
01.2016 - 12.2018
Budget
233.398 €