Standard-BIPV

Standard-BIPV-System

In den vergangenen Jahren gab es keine nennenswerte Steigerung der installierten Leistung im Bereich der gebäudeintegierten Photovoltaik (BIPV) in Deutschland. Die dezentrale und lokale Energieinfrastruktur ist aber notwendig und wünschenswert, da diese einen Beitrag zum Nachhaltigen Bauen, zur Betriebskostensenkung des Bauwerks und zur Refinanzierung der Gebäudehülle leistet. Der fehlende BIPV-Zuwachs lässt sich mit den vergleichsweise hohen Investitionskosten begründen. Diese sind u. a. bedingt durch eine fehlende industrialisierte Bauweise der BIPV-Bauelemente, dem damit verbundenen hohen Montageaufwand und ein aufwendiges Zulassungsverfahren für den Bausektor.

Teilprojekt I:  Standard-BIPV - "Marktanalyse zu Fassadenflächen an Bestandsgebäuden"

• Entwicklung eines Anforderungskataloges für die Definition und konstruktive Umsetzung von standardisierten BIPV-Fassadenelementen.
• Identifizierung von Bauwerkskategorien mit großem Flächenpotential für die Anwendung von standardisierten BIPV-Fassadenelementen auf Basis von Techniken der Geoinformatik.
• Entwicklung und Demonstration, multifunktionaler, bauwerkintegrierter, photovoltaisch aktiver Fassadenelemente, die sich durch eine kostengünstige Massenproduktion geeignete fertigungsgerechte Konstruktion, eine einfache Elemente-Montage und elektrotechnische Installation sowie ein hohes Maß an Ästhetik auszeichnen.
• Validierung der entwickelten Lösungen an prototypischen standardisierten BIPV-Fassadenelementen in Pilotfassaden.

Teilprojekt II: BIPV-System: "Geodatenbasiertes Solarflächenpotenzial an Gebäuden"

• Vollanalyse des deutschen Gebäudebestandes, wobei der Schwerpunkt im Gegensatz zu bisherigen Vorhaben auf das technische und ökonomische Potential (rentable Flächen) unter Berücksichtigung typischer jährlicher Lastprofile und der Möglichkeit des Eigenverbrauchs gelegt wird.
• Potentialanalyse für die BIPV-Nutzung erfolgt sowohl an Dächern und Fassaden und fokussiert insbesondere auf Wohn-, Geschäfts- und Industriegebäude mit großen Fassadenflächen.

• Welche Gebäudekategorie (Gebäudenutzung) besitzt das größte theoretische Flächenpotential für die Anwendung von standardisierten BIPV-Fassadenelementen?
• Welchen Vorteil bieten solare Einstrahlungsanalysen, um das Anwendungspotential von standardisierten BIPV-Fassadenelementen kleinräumig abzuschätzen?
• Wie lässt sich der deutsche Gebäudebestand in Bezug auf seine Dach- und Fassadengestaltung sowie seinen Energiebedarf konkret beschreiben?
• Wie hoch ist das nationale BIPV-Potenzial?

Im Zuge der Grobanalyse erfolgt mit Hilfe geografischer Informationstechnologie eine überschlägige deutschlandweite Erfassung des theoretischen Flächenpotenzials deutscher Gebäudefassaden mit Bezug zu verschiedenen Gebäudekategorien und die Identifikation der typischsten Gebäude einer Gebäudekategorie mit dem größten "Marktpotenzial" für BIPV.

Im Zuge der Feinanalyse erfolgt in Fokusgebieten mit Hilfe von Solareinstrahlungsmodellen die Bestimmung standortscharfer Flächenpotenziale für ausgewählte Gebäudekategorien.

• Entwicklung von GIS-Methoden zur Bestimmung der Lage, Größe und Ausrichtung von bestrahlten Fassaden auf der Basis von standardisierten Geodaten.
• Bewertung des Flächenpotenzials des deutschen Gebäudebestandes und Identifizierung der Gebäudekategorien mit dem größten wirtschaftlichen Potenzial für BIPV.
• Gebäudespezifische Modellierung der solaren Einstrahlung auf Dächern und Fassaden unter Berücksichtigung von geometrischen Strahlungsmodellen und der Verschattung durch umliegende Gebäude, Bäume und Topographie.

• Entwicklung von übertragbaren Ansätzen durch die Verwendung von standardisierten (Geo-) Daten
• Methodik zur Kategorisierung des Gebäudebestandes auf Basis semantischer Gebäudemodelle (LoD1 & LoD2)
• Deutschlandweite Identifikation von Gebäudekategorien mit dem höchsten wirtschaftlichen Potenzial für den Einsatz von standardisierten BIPV-Fassadenelementen.
• Workflow zur Bewertung und Modellierung von urbanen Baummodellen.
• Detaillierte solare Einstrahlungsanalyse für drei Städte unter Berücksichtigung der Verschattung durch umliegende Gebäude, Topographie und ein generiertes Baummodell

Behnisch, M., Hladik, D., Münzinger, M., Poglitsch, H., 2022. Auf dem Weg zur klimaneutralen Stadt 2030 – Quantifizierung des urbanen Solarpotenzials der Landeshauptstadt Dresden. https://doi.org/10.26084/14DFNS-P024

Münzinger, M., Prechtel, N., Behnisch, M., 2022. Mapping the urban forest in detail: From LiDAR point clouds to 3D tree models. Urban Forestry & Urban Greening 74, 127637. https://doi.org/10.1016/j.ufug.2022.127637

https://zenodo.org/record/7536562#.Y9uXUa2ZMQ8

Behnisch, M., Münzinger, M., Poglitsch, H., 2020. Die vertikale Stadt als solare Energiequelle? Theoretische Flächenpotenziale für bauwerksintegrierte Photovoltaik und Abschätzung der solaren Einstrahlung. Transforming Cities 4, 62–66.

Behnisch, M., Münzinger, M., Poglitsch, Ha., Willenborg, B., Kolbe, T. H., 2020. Anwendungsszenarien von Geomassendaten zur Modellierung von Grünvolumen und Solarflächenpotenzial. https://doi.org/10.26084/12DFNS-P025

Eggers, J.-B., Behnisch, M., Eisenlohr, J., Poglitsch, H., Phung, W.-F., Münzinger, M., Ferrara, C., Kuhn, T., 2020. PV-Ausbauerfordernisse versus Gebäudepotenzial: Ergebnis einer gebäudescharfen Analyse für ganz Deutschland, in: 35. PV-Symposium. Kloster Banz, Bad Staffelstein, pp. 837–856.

Willenborg, B., Sindram, M., Kolbe, T.H., 2018. Applications of 3D City Models for a Better Understanding of the Built Environment, in: Behnisch, M., Meinel, G. (Eds.), Trends in Spatial Analysis and Modelling, Geotechnologies and the Environment. Springer International Publishing, Cham, pp. 167–191. https://doi.org/10.1007/978-3-319-52522-8_9