Testovaným objektem v rámci výzkumného projektu realizací budování integrované fotovoltaiky (BiPV) je kancelářská budova Züblin Z3 ve Stuttgartu, kde jsou FV moduly připevněny k jižní fasádě pouze strukturálním, nosným lepidlem - tedy bez jakéhokoli dodatečného mechanického zajištění.
Nevýhoda mnoha konceptů BiPV vyplývá ze standardizace FV modulů, která ztěžuje individuální návrh fasády. Navíc rámy a mechanické upevnění konvenčních modulů někdy působí nemístně a rušivě. To, že jsou možná i estetická řešení na míru, ukazuje Z3 ve Stuttgartu, kde byla v roce 2017 realizována lepená fotovoltaická fasáda se sítotiskem v rámci výzkumného projektu Construct PV financovaného EU. Díky speciálnímu, nosnému lepidlu od firmy Kömmerling zapadají prvky do architektury bez dalšího mechanického zajištění.
Stavebně integrovaná fotovoltaika - od teorie k praxi
Instalace fotovoltaických modulů na jižní fasádu Z3 byla vrcholem projektu Construct PV, který byl zahájen již v roce 2013. Cílem bylo vyvinout příkladné aplikace efektivní a nákladově efektivní fotovoltaiky integrované do budovy pro neprůhledné povrchy v plášti budovy. Za tímto účelem holandská architektonická firma UNStudio původně navrhla vzorovou fasádu s již existujícími možnostmi pro integraci solárních modulů do budovy.
Z3 byla nakonec dokončena v roce 2012 podle plánů MHM architektů z Vídně. Jako budova s téměř nulovou spotřebou energie získala certifikát DGNB ve zlatě. Charakteristické pro stavbu jsou vystupující a zapuštěné 18 metrů vysoké pilastrové pásy z vrstveného neupraveného modřínového dřeva, které přispívají k zastínění. Stojí v kontrastu k tmavě vyhlížejícím fasádním pásům mezi nimi, v nichž se střídají okna a grafitově šedé skleněné parapety. Parapety z tabulí ESG byly lepeny nosným způsobem podle principu strukturálního zasklení. V rámci Construct PV byly umístěny na jižní fasádě proti sklu, fotovoltaice - také bez dalšího mechanického upevnění.
Schválení v jednotlivých případech pro nosné lepení
Rozhodujícím souborem pravidel pro strukturální zasklení fasád je Evropské technické schválení 002 (ETAG 002), které rozděluje fasádní konstrukce do čtyř typů. Vazby přenášející zatížení bez dalších přídržných zařízení jsou upraveny ve směrnici podle typu IV. V Německu jsou zatím schváleny pouze systémy s mechanickým úbytkem hmotnosti podle typu I a II, takže trvalé namáhání lepeného spoje obecně není povoleno.
Pro realizaci čistě lepených FV modulů na pětipodlažní Z3 bylo nutné žádat o schválení případ od případu (ZiE). Toho bylo dosaženo díky těmto faktorům:
- speciální lepidlo
- stupňovitá okrajová struktura FV prvků: Přední tabule sklo-sklo FV modulů vyčnívá bočně. Tato stupňovitá struktura umožňuje nalepení předního a zadního skla nezávisle na spodní konstrukci, takže přenos zatížení je rozdělen
Kömmerling dodal správné lepidlo. Specialista na vysoce kvalitní lepidla a tmely podpořil schvalovací proces také matematickým důkazem potřebného dimenzování lepených spojů mezi FV modulem a spodní konstrukcí.
Na novou fotovoltaickou fasádu Z3 bylo použito 2K strukturální zasklení silikonem Ködiglaze S. Strukturální zasklení – strukturální lepení – popisuje technologii montáže skel tak, jak byla realizována v administrativní budově Züblin. Statická a dynamická zatížení na vnější fasádě, jako je vlastní hmotnost, zatížení větrem a sněhem, jakož i tepelná roztažnost, se přenášejí na spodní konstrukci prostřednictvím konstrukčního lepení.
Mimochodem, na celou plochu 240 m² fasády kancelářské budovy Züblin bylo potřeba 250 kg strukturálního zasklívacího silikonu od společnosti Kömmerling.
Vyšší výnos FV energie díky tripartitnímu rozdělení
Projekt nejenže prorazil v oblasti upevnění, ale také vnitřní fungování fotovoltaických modulů obsahuje technické inovace. Protože vyčnívající dřevěné pilastrové pásy moduly částečně stíní, je každý prvek elektricky rozdělen na tři a příslušné články jsou podle své polohy spojeny s dalšími moduly. Tímto způsobem vzniká energie, i když je sluncem osvětlena pouze část panelu.
Parotěsnou zábranu pro FV prvky vyvinutou Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) a Meyer Burger dodala také společnost Kömmerling: Butylová páska HelioSeal PVS 101 chrání prostor mezi moduly před vlhkostí a zajišťuje tak dlouhodobou stabilita FV panelů.
Na jižní fasádu administrativní budovy Züblin bylo instalováno celkem 186 fotovoltaických modulů v šesti různých velikostech. Areál má celkový výkon 30 kWp a měl by poskytovat elektrický výnos 17 000 kWh/rok. Tento výnos by stačil na zásobování průměrného rodinného domu energií po dobu přibližně šesti měsíců. Získaná energie je přiváděna do budovy Z3. Výtěžek solární energie je vědecky zaznamenáván a monitorován ISE.
Estetická kamufláž sofistikované technologie
Aby bylo možné harmonicky integrovat fotovoltaické moduly do návrhu budovy, jsou zapotřebí nejen konstruktivní, ale také kreativní řešení. A tak se architektonická kancelář UNStudio věnovala nejen rozmístění modulů, ale také designu prvků. Na vzorovou fasádu byly již použity různé sítotisky. Pro kancelářskou budovu Z3 zvolili architekti design, který si vypůjčil ze zubatého profilu dřevěných pilastrových pásků.
