Die Stromerzeugung mittels Photovoltaik (PV) stellt in Verbindung mit der Windenergienutzung einen zentralen Baustein für die Zukunft der Energieversorgung dar, nicht nur in Deutschland, sondern weltweit. Die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom ist effizient, in der Anwendung denkbar einfach und skalierbar sowie emissionsfrei und langlebig.
PV-Freiflächenanlagen bestechen durch mittlerweile sehr niedrige Stromerzeugungskosten, die konkurrenzfähig sind zu fossilen Kraftwerken, wenn man die CO2-Vermeidungskosten berücksichtigt. PV-Anlagen auf Haus- und Industriedächern ermöglichen den niedrigsten Flächenverbrauch und eine lokale Nutzung des Solarstroms, haben dafür aber etwas höhere Stromgestehungskosten. Sie haben bisher zu zwei Dritteln zum PV-Ausbau in Deutschland beigetragen, sind zum überwiegenden Anteil im Besitz der Bürgerinnen und Bürger und geben ihnen Gelegenheit, die Energiewende mitzugestalten.
Nachholbedarf besteht in der Nutzung von Fassaden für PV-Anlagen, denn diese sind insbesondere in den Stadtzentren mit weit größerer Fläche verfügbar als Dachflächen.
Verknüpft man die Solarenergie in geeigneter Weise mit elektrischen Speichern und Wärmepumpen und koppelt die Sektoren Strom, Mobilität und Wärme, wo erhöht sich die lokale Nutzung von Solarstrom. Dies entlastet die Verteilnetze und trägt dezentral zum Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch bei.
Das ZSW unterstützt seine Kunden bei der Analyse entsprechender Potenziale und entwickelt Algorithmen für den optimierten Betrieb von Erzeugern, Speichern und Lasten, einschließlich geeignetem Lademanagement für die Elektromobilität. Die ZSW-Experten beraten außerdem bei der Entwicklung und dem Test entsprechender Algorithmen und Geräte.
Am ZSW werden im Rahmen des Forschungsprojekts „Fassadenintegrierte Photovoltaik-Systeme“ unter anderem die Eigenschaften von bauwerkintegrierter Photovoltaik (BIPV) im Vergleich zu PV-Dachanlagen untersucht. Dies betrifft speziell CIGS-Fassadensysteme (mit Dünnschichtsolarmodulen auf Basis von Kupfer, Indium, Gallium und Selen, kurz CIGS).
Ein begrenzender Faktor für den Einsatz von PV-Dachanlagen bei Industrie- und Verwaltungsgebäuden ist der Wettbewerb mit gebäudetechnischen Einrichtungen wie Wärmetauschern, lufttechnischen Anlagen oder auch solarthermischen Kollektoren, welche als schattenwerfende Elemente die Dachfläche fragmentieren.
Darüber hinaus kann aber auch eine konkurrierende Nutzung als begehbarer Dachgarten oder für eine lokal vorgeschriebene extensive Dachbegrünung vorliegen. Oft ist insbesondere auf Hallen die Realisierung einer PV-Dachanlage wegen Überschreitung der zulässigen Flächenlast nicht möglich. Zudem sinkt mit zunehmender Stockwerkszahl der Anteil der PV-Dachanlage an der Stromerzeugung, da sich die erzeugte Energie auf immer mehr Stockwerke verteilt.
Deshalb bietet die Photovoltaik in der Fassade eine Reihe von Vorteilen: Aufgrund der Orientierung der PV-Anlagen kommt es zu einer Verstetigung der Energieproduktion. Die PV-Dach-typische Mittagsspitze entfällt und der Eigenverbrauchsanteil steigt, auch in den Morgen- und Abendstunden sowie im Winterhalbjahr. Eine Fassadenanlage ist also zugleich netzdienlich und vorteilhaft für den Anlagennutzer. Außerdem wächst die PV-Fassadenanlage mit steigender Stockwerkshöhe mit.
Mit dezentralen Speichern soll einerseits der lokale Nutzer durch Erhöhung des Eigenverbrauchs seinen monetären und ideellen Mehrwert erhalten, andererseits sollen sie für den Netzbetreiber einen Beitrag zur Netzintegration des Solarstroms leisten. Dafür untersucht das ZSW den optimierten Speicherbetrieb und charakterisiert Speichersysteme und Batteriezellen in Bezug auf Funktion, Lebensdauer und Sicherheit.
Weitere Informationen über die technischen Eigenschaften von PV-Speichersystemen finden Sie unter folgenden Themen:
