Grünfassaden und Photovoltaik. Zu Potentialen aktueller Fassadenlösungen zur Klimaanpassung und Klimaneutralität (04/2021 – 08/2022)

Rednitzhembach, Technikum/ Fassadenversuchsstand; Umbauarbeiten im Rahmen der experimentellen Studien (Quelle: Roland Krippner)

Grünfassaden übernehmen aufgrund adiabatischer Kühlprozesse eine maßgebliche Rolle bei der Regulierung insbesondere des städtischen Klimas. Um den Gebäudebestand weiter in Richtung Klimaneutralität zu transformieren, ist eine dezentrale, erneuerbare Energiegewinnung ein weiterer wichtiger Baustein. Allerdings können hohe Temperaturen den Wirkungsgrad von kristallinen Photovoltaik (PV)-Modulen abmindern. Um einen effizienten Energieertrag auch in den Sommermonaten zu gewähr- leisten, untersucht GreenPV die Potentiale möglicher Synergien aus Begrünung und PV.

Beide Fassadensysteme wurden im Bereich energieeffizienter Gebäude bisher getrennt eingesetzt. Mit der Koppelung von Begrünungstechniken und Photovoltaik, strebt das Vorhaben die Erarbeitung von Kenntnissen für die Realisierung stimmiger Gesamtkonstruktionen an. Während eine Kombination bereits beim Solargründach erfolgreich erprobt ist, blieb der spezifische Einfluss der Pflanzen auf die Solarenergiegewinnung in der Vertikalen weitgehend unberücksichtigt.

Auf Basis von Vorarbeiten (vgl. EnOB: GreenFaBS) wurden Messungen im Sommer 2022 und 2023 auf Basis von drei Begrünungssystemen (wandgebundene Begrünung, Mischsystem mit horizontaler Wuchsebene, Kletterpflanze) durchgeführt. Zusätzlich ist der Abstand der PV-Module zur Pflanzenebene variiert worden: geringere Variante 1 (33 cm) und größere Variante 2 (52 cm); dabei sind die PV-Module zunächst immer senkrecht, parallel zur Fassadenbekleidung angebracht (Anstellwinkel: 0 °).

Die einzelnen Begrünungssysteme führen zu einer Abminderung der Lufttemperaturen (max. 1,6 K) zwischen Photovoltaik und Pflanzen im Vergleich zum unbegrünten Referenzfall. Es zeigt sich, dass die beiden wandgebundenen Systeme eine etwas größere Reduzierung bewirken als die Kletterpflanze. Die Oberflächentemperaturen auf der Modul-Rückseite sinken durch die kühlere Umgebungsbedingung im Maximum um bis zu 4,0 K. Dennoch lassen sich lediglich geringfügige PV-Mehrerträge von max. etwa 0,5 % feststellen. Es bestätigt sich jedoch, dass die PV-Module den Hitzestress der Pflanzen reduzieren, denn bei den Versuchsanordnungen konnten nahezu keine negativen Auswirkungen auf den Wuchs festgestellt werden. Darüber hinaus zeigt sich, dass die Begrünung auch eine leichte Reduzierung (bis zu 1,1 K) der empfundenen Raumtemperaturen zur Folge hat.

Bezüglich der Kombination von Begrünung und Photovoltaik in der Fassade ist jedoch ein anderer Aspekt von zentraler Bedeutung: Die im Stadtraum wirksame Verdunstungsleistung der Pflanzen in der Vertikalen. Bei einer dichten und wandparallelen Belegung mit PV-Modulen ist diese deutlich eingeschränkt. Daher erfolgten noch Versuchsaufbauten mit zwei verschiedenen Neigungswinkeln der PV-Module (30 ° und 7,5 °; Mischsystem). Für die Messungen mit der flachgeneigten Variante lässt sich ein Mehrertrag um etwa 11 % feststellen. Bei der 30 ° Variante führten Eigenverschattungen zu Ertragseinbußen. Ein optimierter Aufbau (Modulabstand und/oder -neigung) lässt hier jedoch deutliche Mehrerträge gegenüber einem Einbau in der Senkrechten erwarten.

Projektdatenblatt

Abschlussbericht

Projektleitung

Prof. Dr.-Ing. Roland Krippner
Fakultät Architektur
Technische Hochschule Nürnberg
roland.krippneratth-nuernbergPunktde

Technische Hochschule Nürnberg 

Fakultät Architektur
M.A. Boris Bott
Thomas Rothenberger
Janik Dernedde
Julia Geilersdorfer
Sven Nagler

Fakultät Maschinenbau und Versorgungstechnik
Institut für Energie und Gebäude - ieg
Prof. Dr. Wolfram Stephan
Mario Franz
Peter Bauereiß
Klaus Maurer

STAEDTLER Stiftung, Nürnberg

Publikationen

Krippner, Roland: [In Vorbereitung / Full paper has been accepted] Green facades plus. Added value of building and solar technology by combina- tions with plants in the vertical. In: Barbara Widera (Hrsg.): 37th PLEA 2024. (Re)thinking resilience. Wroclaw, 25-28 June 2024. Book of Pro- ceedings / Onsite Sessions. Wroclaw, June/2024.

Krippner: Grün-blaue Kombi vorhängen. PV und Fassadenbegrünung. [Fachwissen Fassade]. In: Gebäude Energieberater, 1/2023, S. 54–57. Seifart, Daniela: Geniale Forschung in Rednitzhembach – Marlene Mortler besuchte Versuchsstand der Technischen Hochschule am Technikum. In: Marlene Mortler MdEP Europäisches Parla- ment. Aktuelles / Pressemitteilungen. Lauf a.d.Pegnitz, 09.09.2022 marlenemortler.de/geniale-forschung-rednitzhembach-marlene-mortler-besuchte-versuchsstand-der-technischen-hochschule <11.09.2022>.

Krippner: Photovoltaik und Fassadenbegrünung. Über Potentiale aktueller Lösungen zur Klimaanpassung und -neutralität. In: 37. PV-Symposium / BIPV-Forum. Freiburg i.Br.: Messe Freiburg & online, 21. - 23. Juni 2022. Tagungsband. Pforzheim: Conexio GmbH, 2022, S. 431-441.

Krippner: Mehr als nur Fassade. Dezentrale Stromerzeugung in der Vertikalen durch Pflanzen und Photovoltaik. Interview mit ... Die Lange Nacht der Wissenschaften. Nürnberg Fürth Erlangen. Sa 21.05.2022. Kultur Idee (Hrsg.). Begleitheft. Nürnberg, Mai/2022, S. 14-15.

TH Nürnberg erprobt Photovoltaikfassade mit Begrünung. In: Photon. Das Solarstrom-Magazin, 1/2022, S. 26 [Forschung & Technik / Nachrichten] www.photon.info/documents/magazines/PD/ PHOTON_D_2022-01_Lösungen_für_jeden_Standort.pdf <11.09.2022>.

Grüne Fassade zur Energiegewinnung. TH Nürnberg forscht an System zur Kombination von Fassadenbegrünung und Photovoltaik. Hrsg. v.: Allianz Bauwerkintegrierte Photovoltaik e.V. BIPV-News #11-21 – der Newsletter der Allianz BIPV / FORSCHUNG. Berlin, November 2021. allianz-bipv.org ction=view&data=WzE1LCJlYWUxZmU4NzM2YTYiLDUsIjYyZjY4NyIs MTUsMF0 <11.09.2022>.

Grüne Fassade zur Energiegewinnung. TH Nürnberg forscht an System zur Kombination von Fassadenbegrünung und Photovoltaik. In: Technische Hochschule Nürnberg, Hochschulkommunikation. News. Nürnberg, 18.11.2021 www.th-nuernberg.de/de/news/4446-gruene-fassade-zur-energie/ <11.09.2022>.

Posterpräsentationen

Krippner, Bott / Krippner, Franz: GreenPV (04/2021 – 08/2022). Grünfassa- den und Photovoltaik. Zu Potentialen aktueller Fassadenlösungen zur Klimaanpassung und Klimaneutralität [Fassung I, 11/2021 und Fassung II, 10/2023]

– Ausstellung „Transformationen im Bauen“ und „Lange Nacht der Wissenschaften“ (21. Oktober 2023). Nürnberg, Offenes Büro Stadt- planungsamt, 10. bis 27. Oktober 2023.

Krippner, Bott: GreenPV (04/2021 – 08/2022). Grünfassaden und Photovoltaik. Zu Potentialen aktueller Fassadenlösungen zur Klimaanpassung und Klimaneutralität. [Fassung I, 11/2021]

  • Die Lange Nacht der Wissenschaften 2022. Nürnberg, Bahnhofstraße 90, Foyer, Ausstellung 21. Mai bis 01. Juni 2022.

  • BuGG-Tag der Forschung & Lehre 2022. Organisation: BuGG Bundesverband GebäudeGrün e. V. Stuttgart, 10. Mai 2022.

  • Bundeskongress Gebäudegrün 2021. Organisation: BuGG Bundesverband GebäudeGrün e. V. Online, 23. und 24. November 2021.


Vorträge

Photovoltaikanlagen und (Dach-)Begrünung. Zu Kombinationsmöglichkeiten und Potenzialen der PV- Ertragssteigerung. Veranstaltung: So- larexpertenkreis: Ertragssteigerung von Photovoltaikanlagen durch die Kombination mit Dachbegrünung. Online-Seminar, 13.06.2023.

Fassadengrün plus – Regionale Flora und Gebäude-/Solartechnik in der Vertikalen. Veranstaltung: Green Thursday. Nürnberg, Kulturwerkstatt Auf AEG - Kulturbüro Muggenhof, 21.07.2022.

Forschungsprojekt GreenPV - Grünfassaden und Photovoltaik. Veranstaltung: 37. PV-Symposium 2022 / BIPV-Forum 2022. Session: Hotspot Integrierte PV. Organisation: Conexio-PSE GmbH, Pforzheim. Freiburg im Breisgau, Messe Freiburg / Konferenzraum 9, 22.06.2022

Einführung GreenPlus – Architektur und (Lehr-)Forschung (für Klimaneutralität). Veranstaltung: Die Lange Nacht der Wissenschaften 2022. Nürnberg, Technische Hochschule Nürnberg / Fakultät Architektur, Bahnhofstraße 90, Raum BB.002, 21.05.2022.

Begrünte Fassaden und ‘Plus-Nutzungen’ – Zu Potentialen von System- Kombinationen in der Vertikalen. Vorstellung der Forschungsprojekte EnOB: GreenFaBS, GreenPV und GreenFaCe. Veranstaltung: BuGG- Tag der Forschung und Lehre Gebäudegrün. Stuttgart, Maritim Hotel Stuttgart, 10.05.2022.