Galerie unter Strom

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„Galerie unter Strom“ nennen die Architekten des Büros Ortner + Ortner Baukunst ihr Projekt, das im vergangenen Jahr auf dem Campus der Fachhochschule Potsdam entstanden ist. „Galerie“ stammt aus dem Italienischen und bedeutet ursprünglich „langer Säulengang“. Ab dem 17. Jahrhundert wandelte sich die Galerie zu einem prunkvollen Festsaal, durchflutet von Sonnenlicht, das durch lange, hohe Fensterreihen drang. Auch bei der Neuinterpretation einer Galerie auf dem Potsdamer Campus spielt Licht eine zentrale Rolle, nicht nur, um den Raum zu beleuchten, sondern auch um Energie zu erzeugen.

Die solare Stromerzeugung war Bedingung, denn die Idee für die Galerie ging aus einem hochschulinternen Wettbewerb hervor, der zum Ziel hatte, das Potenzial der Architekten, Designer und Ingenieure der Hochschule zu zeigen. Maßgabe war, ein neues Gebäude an einem frei wählbaren Platz auf dem Campusgelände zu errichten und in dem Neubau insgesamt 300 Quadratmeter Photovoltaikmodule zu installieren. Bei der Jury setzte sich der Vorschlag von Professor Laurids Ortner und seinen Studenten durch: ein freistehendes Gebäude, überdacht, an den Seiten offen, exponiert und doch eingebunden.

Vier Meter hohe Module

„Uns war der Standort sehr wichtig. Die Galerie soll das Areal nach Osten hin begrenzen, aber nicht von seiner Außenwelt abgrenzen“, sagt Kristin Weber, eine der beiden Architekten, die die Umsetzung des Projekts leiteten. Nun bildet der Pavillon eine schöne Sichtflanke und begrenzt die Wiese, an deren anderemEnde das Hauptgebäude der Hochschule steht. Die Galerie ist eine einfache Konstruktion und besteht aus Bodenplatte, Stützen und Decke aus Beton sowie den Photovoltaikwänden. Nur die drei mittleren Stützfelder in der Längsachse sind mit Glasscheiben vor Wind und Wetter geschützt, ansonsten ist der Bau offen. Die fast vier Meter hohen, in Schwarz gehaltenen Solarmodule bilden die Hülle des 35 Meter langen Gebäudes. Weil die Galerie leicht erhöht steht, hat man fast den Eindruck, als würden die Module schweben.

„Da es in dem Projekt ausdrücklich um Photovoltaik ging, war uns wichtig, dass man die Photovoltaik auch sieht“, sagt Weber. „Bei unserer Recherche sind wir auf das Unternehmen Odersun gestoßen, bei dem wir die Größe der Module selbst wählen konnten und die Module so zusammengeschaltet wurden, wie wir uns das wünschten.“ Vor allem aber die Optik war ausschlaggebend für die Wahl der Odersun-Module. „Wir wollten nicht diese typische Struktur haben, wie man sie bei kristallinen Siliziummodulen findet. Für uns war die kupferne Rückseite der Module als Gestaltungselement interessant“, sagt Weber.

Solarzellen für die Photovoltaikmodule der Odersun AG – die allerdings inzwischen Insolvenz angemeldet hat – basieren auf einem Herstellungsverfahren namens CISCuT. Die Abkürzung CIS steht für die Elemente Kupfer (Cu), Indium (I) und Schwefel (S), aus denen die nur rund 2,5 Mikrometer dünne Halbleiterschicht der Solarzellen besteht. CuT steht für Copper Tape, auf Deutsch Kupferband, das Trägermaterial der Solarzelle. Die schmalen Kupferbänder werden in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren beschichtet, dann auf eine beliebige Länge geschnitten und zu dem verbunden, was Odersun seine „Superzelle“ nennt. Diese Superzelle wird dann zu einem kundenspezifischen Modul verbaut. „Mit dieser Technologie können wir Solarmodule fertigen, die in Größe, Form und Design ganz nach Kundenwunsch anpassbar sind. Daraus ergibt sich eine bisher ungeahnte Bandbreite technischer und optischer Variationen für das Solarmodul, die gerade in der anspruchsvollen Architektur benötigt wird“, sagt Uwe Hering, Vorstand Vertrieb und Marketing der Odersun AG. Für die Vielfalt ihrer Einsatzmöglichkeiten wurden die Odersun-Module jüngst mit dem iF Gold Award ausgezeichnet.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

„Die von uns verwendeten Solarzellen haben den Vorteil, dass sie in die unterschiedlichsten Glasaufbauten eingefügt werden können“, erklärt Uwe Hering. Gerade konnte der Bau einer Gewächshausschule abgeschlossen werden, bei der semitransparente Odersun-Module schachbrettartig in Kombination mit normalen Glasscheiben angeordnet wurden. Um den Pflanzen die notwendige Temperatur zu garantieren, kamen bei diesem Projekt Solarmodule mit speziellem Isolierglas zum Einsatz. Um das Wachstum der Pflanzen nicht zu beeinträchtigen, sind der Transparenzgrad sowie der Abstand zwischen den Zellsträngen so bemessen, dass ausreichend Licht hindurchfällt. „Wir können die Lichtdurchlässigkeit je nach Anforderung festlegen, die Deckgläser nach Belieben beschichten oder farbigbedrucken – und gleichzeitig Strom erzeugen“, sagt Hering.

Im Falle der Solargalerie gehören zu einem vollwertigen Fassadenbauteil der Einsatz von bruchsicherem Glas und eine integrierte Verkabelung, wodurch das Bauteil vor Vandalismus geschützt ist. Deswegen wurden die zu einer Fläche verschalteten Kupferbänder mit fotoaktiver Frontseite im Verbund mit Sicherheitsglas laminiert. Das ganze Element ist nun fast vier Meter hoch und einen Meter breit.

„Bei anderen Fassadenprojekten würde man natürlich eine Wärmedämmung benötigen. Das heißt, um die Kupferoptik zu bewahren, müsste man Isolierglas verwenden. Da müsste man dann die Wirtschaftlichkeit noch einmal neu betrachten. Oder auf den Kupferton verzichten und von innen eine Dämmschicht befestigen. Da die Galerie aber keine wärmetechnischen Anforderungen hat, konnten wir die kupferfarbene Innenseite so belassen. Das gibt eine schöne Raumwirkung und ein warmes Licht in der Galerie“, sagt Architektin Weber. Für den Betrachter verschieben sich die schwarzen gegen die kupferfarbigen Flächen der gegenüberliegenden Reihe und bilden so einen Blickfang.

Verkabelung versteckt

Und von diesem schönen Anblick lenkt nichts ab, denn alle Verkabelungen sind geschickt verborgen. Die Installation und Zusammenführung der Einzelkomponenten sowie deren Konstruktion wurden durch MBM Metallbau realisiert. Dazu wurden die Module zunächst zu dem Unternehmen nach Dresden geliefert, wo sie in den pulverbeschichteten Stahlrahmen integriert wurden. Die Verschaltung erfolgt über je zwei Randanschlussdosen entlang den Längsseiten im Inneren des Rahmens. Nach der Verschaltung wurde die Rahmenmodulverbindung silikonisiert, um sie witterungsbeständig zu machen. Die kompletten Elemente – jedes immerhin über 400 Kilogramm schwer – wurden anschließend auf den Hochschulcampus in Potsdam gebracht und dort von Fachleuten der MBM Metallbau GmbH zwischen Boden- und Deckenplatte montiert. „Wird einem ein Photovoltaikmodul so als fertiges Fassadenelement geliefert, kann man es in jedem Fall als vollwertiges Bauteil betrachten. Es ist vergleichbar mit einer großen Glasscheibe, nur dass eben die Technik an den Kanten und im Rahmen versteckt ist“, sagt Architektin Weber.

Verschattung ist kein Problem

Odersun hat nicht nur die projektspezifischen Module angefertigt, sondern war auch unterstützend am elektrischen Konzept beteiligt. „Bei dem Projekt bestand neben der Größe der Module und dem Aufbau mit dem Sicherheitsglas die Herausforderung in einer effizienten und zugleich einfachen Stringverkabelung, die auch die zeitweisen Verschattungen des Gebäudes berücksichtigt“, sagt Hering. Dazu wurden die je 16 Fassadenmodule auf der Ost- und Westfassade in je zwei separaten Strängen verschaltet, wobei beide Gebäudeseiten ihren Strom an einen großen Wechselrichter mit zwei getrennt arbeitenden MPP-Trackern übertragen. Der MPP-Tracker eines Wechselrichters ist ein Programmcode, der regelmäßig den optimalen Arbeitspunkt der Zellen, eben den Maximum Power Point (MPP), errechnet und ansteuert. Mit Hilfe der auf diese Weise gewonnenen Daten reguliert die Wechselrichterelektronik die Spannung der Zellen immer so, dass möglichst viel Licht in Strom umgewandelt wird.

Die Nord- und Südseite wurden separat verschaltet. „Die elektrische Anbindung der Nordfassade stellte aufgrund der mangelnden direkten Sonneneinstrahlung eine größere Herausforderung dar“, sagt Hering. Man habe deswegen einen Wechselrichter mit niedriger Eingangsspannung gewählt, um das gute Schwachlichtverhalten der Dünnschichtmodule bestmöglich auszunutzen.

Auch beim Thema Verschattung verschafft die Parallelverschaltung der einzelnen Zellen den Odersun-Modulen einen Vorteil. „Egal, ob ein Schlagschatten die Photovoltaikelemente von unten teilweise bedeckt oder von den Seiten über ein Solarmodul läuft, gegenüber kristallinen Modulen verlieren unsere Module immer nur den Teil an der Gesamtleistung, der auch tatsächlich verschattet wird“, sagt Hering. Bei einer seriellen Zellverschaltung würde sich die Verschattung einer Solarzelle immer auf den gesamten Zellstrang auswirken. „Um die Auswirkung von zeitweise auftretenden Verschattungen einzugrenzen, haben wir die Modulstränge möglichst klein gehalten. Damit dennoch eine optimale Arbeitsspannung für die Wechselrichter bereitgestellt wird, wurde jedes Fassadenelement mit zwei Anschlussdosen ausgestattet. Durch serielle Verschaltung beider Teilmodule konnte die Spannung gegenüber einer Einzeldose verdoppelt werden, wodurch wiederum die Stranglänge halbiert werden konnte, ohne den Wechselrichterbetrieb einzuschränken“, sagt Hering.

Der erzeugte Strom der in Reihe geschalteten Odersun-Module wird über die Verkabelung im Rahmen nach oben zu den Leitungen, die im Deckenhohlraum versteckt sind, geführt und dann zu den Wechselrichtern transportiert, die sich in einer hölzernen Bretterbox im Inneren des Pavillons befinden. Dort wird auch der Strom umgewandelt, der von der Dachfläche stammt. Denn zusätzlich zur Fassade ist die Dachfläche mit einem Dichtungssystem mit integrierten Dünnschichtmodulen bestückt. Das Alwitra-Evalon-Solarystem ist für den Betrachter allerdings nicht zu erkennen, da das Satteldach nur eine sehr geringe Neigung hat.

Die Galerie ist mit ihrem abstrakten Erscheinungsbild eine Besonderheit auf dem Campus und soll nun für die Studenten der Hochschule im Sommer als Ort für wechselnde Ausstellungen, Rauminstallationen und Veranstaltungen dienen.