Fachhochschule Bochum

Wirtschaftlichkeitsanalyse von Photovoltaikfassaden

Jan Seidel

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung ... 9

2. Stand der Kenntnisse ... 11

2.1 Photovoltaik ... 11
2.2 Funktionen von Fassaden ... 22
2.3 Gebäudeintegrierte Photovoltaik ... 29
2.4 Planungs- und Entwurfsaspekte der PV-Gebäudeintegration ... 40
2.5 Internationale Kooperationen und Forschungen ... 41
2.6 Die Wirtschaftlichkeit einer Fassade ... 43
2.7 Förderung ... 51
2.8 Potenzialstudien ... 56

3. Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsberechnung ... 63

3.1 Definition Wirtschaftlichkeit ... 63
3.2 Investitionsrechnungsmethoden ... 63
3.3 Kapitalwertmethode ... 66
3.4 Annuitätenmethode ... 68
3.5 Dynamische Amortisationsrechnung ... 69

4. Wirtschaftlichkeitsanalyse von Photovoltaikfassaden ... 70

5. Bewertung der Wirtschaftlichkeitsanalyse ... 77

6. Fazit ... 80

Literaturverzeichnis ... 82

1. Einleitung

Die Integration von Photovoltaik in Gebäuden findet immer mehr Anwendung begleitet durch den allgemeinen Boom der Solarenergiebranche. Die erneuerbaren Energien sind nicht nur in der Politik ein aktuell diskutiertes Thema und gewinnen stetig an Beliebtheit und Akzeptanz. Es ist allgemein bekannt, dass die fossilen Ressourcen der Erde in absehbarer Zeit aufgebraucht sein werden, womit ein Umschwung zu Alternativen im Laufe der Zeit von ganz alleine kommen wird. Schon heute ist Deutschland eine führende Kraft in der Forschung, Entwicklung und Umsetzung solcher Alternativen, wie etwa die Stromerzeugung durch Photovoltaik. Die Möglichkeiten der Verwendung von Solarzellen zur Stromgewinnung an Gebäuden haben sich stetig weiterentwickelt und verbessert. Die Fassadenintegration wird in unterschiedlichsten Arten in der Baubranche angewandt, führt allerdings oft noch den Ruf mit sich unwirtschaftlich und überteuert zu sein. Worauf diese Behauptungen gründen, wieso sie zustande kommen und wie man sie heute zu bewerten hat, probiere ich in dieser Arbeit zu beantworten.

Die Berechnung der Wirtschaftlichkeit oder Amortisationszeit von PV-Anlagen kann rein finanzmathematisch abgehandelt werden, allerdings können besonders bei großen fassadenintegrierten Anlagen Faktoren auftreten, welche man in keiner Rechung unterbringen kann. Ich werde probieren diese Faktoren darzulegen und zu erklären wie und warum man sie in eine Wirtschaftlichkeitsanalyse einschließen sollte.

Wie man die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikfassaden beschreiben und errechnen kann und welche Probleme dabei auftreten, soll in dieser Diplomarbeit analysiert werden. Um dies sinnvoll tun zu können wird zunächst der Stand der Technik aufgezeigt. Dies beinhaltet die PV-Technik ebenso wie die Fassadentechnik. Anschließend soll anhand einer Literaturstudie geklärt werden, ob und wann es überhaupt Sinn macht Photovoltaik in eine Fassade zu integrieren. Dazu werden Planung- und Entwurfsaspekte durchleuchtet und der Stand der Forschung dargestellt, wobei auch der internationale Vergleich gezogen wird. Weiterführend werden dann die Kosten für die PV-Integration vorgestellt und aufgeschlüsselt. Dafür werden die Angaben mehrerer Autoren entgegengestellt und verglichen. Die gilt auch für den Vergleich unterschiedlicher Fassadenverkleidungen. Auch die Entwicklung der Kosten wird angegeben.
Die Förderung stellt einen ganz wichtigen Faktor bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von PV-Fassaden dar. Die unterschiedliche Methoden werden vorgestellt und ihre Anwendung erklärt. Die folgende Potenzialstudie soll herausstellen, welchen Möglichkeiten und Chancen die Autoren für die PV-Fassadenintegration für die Zukunft sehen.

Erst nach der Behandlung all dieser Themen gehe ich auf die Berechnung der Wirtschaftlichkeit ein. Dazu wird zunächst eine Begriffserklärung durchgeführt um anschließend die wichtigsten Rechenverfahren vorzustellen und zu vergleichen. Jede Rechenmethode wird zusätzlich mit Beispielen verdeutlicht. Die Ergebnisse werden hinterher ausgewertet und beurteilt.

Abschließend wird ein Fazit zur Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikfassaden gezogen und die Ergebnisse der Arbeit als Ganzes dargestellt.

2. Stand der Kenntnisse

2.1 Photovoltaik

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Licht in einer Solarzelle in elektrische Energie. Der physikalische Effekt, der der Photovoltaik zugrunde liegt, wurde bereits 1839 vom Physiker Becquerel entdeckt, doch erst im Zeitalter der Halbleitertechnik wurde die erste Solarzelle im Jahre 1954 in den USA entwickelt.

Zunächst waren das Mono- und polykristallinen Solarzellen, welche üblicherweise aus Siliziumdioxid SiO2, auch Quarzsand genannt, hergestellt werden. Dieser Rohstoff steht praktisch in unbegrenzter Menge zur Verfügung. Diesem Siliziumdioxid muss zunächst der Sauerstoff entzogen werden, um ein Rohsilizium zu erhalten, welches gemäß BOHNE 2004 für die Verwendung in der Halbleitertechnik geeignet ist. Um einen hohen Reinigungsgrad zu erreichen, wird das Silizium danach aufwendig gereinigt und dann geschmolzen.

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