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Gebäudeintegration von Photovoltaik (GIPV) in Europa

Krawietz, Silke A. :
Gebäudeintegration von Photovoltaik (GIPV) in Europa.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2003)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Gebäudeintegration von Photovoltaik (GIPV) in Europa
Language: German
Abstract:

Die aktuelle Situation in der Welt hinsichtlich der schrumpfenden natürlichen Ressourcen und der steigende Weltenergieverbrauch stellen Gründe dar, um über die zukünftig verstärkte Nutzung von erneuerbaren Energien nachzudenken und deren Anwendung zu unterstützen. Der stetige Trend seit den 70er Jahren, der sinkenden Kosten für Photovoltaik mit dem simultan exponentialen Wachstum des industriellen Herstellungsvolumens, weisen in die Richtung einer weiter wachsenden Anwendung von Photovoltaik. Der Grundgedanke der Studie beruht auf der Untersuchung der Gebäudeintegration von Photovoltaik (GIPV) anhand von 13 Projekten [in einer ausgewählten Klimazone von 55° N bis 47° N] mit Hilfe von neuartig definierten Bewertungskriterien ("Toughness-Kriterien") der GIPV, die eine Verbindung der ästhetischen Aspekte mit technisch sinnvollen und ertragsbeeinflussenden Faktoren darstellen - einschließlich eines 'objektiven' Vergleichsmaßstabes, welcher die klimatisch unterschiedlichen Bedingungen der jeweiligen Projekte, sowie die Neigung der integrierten PV-Module und deren Ausrichtung berücksichtigt (Unterteilung in Dach- und Fassadenintegration). Die Toughness- Kriterien bilden die Basis für einen objektiven Vergleich der Projekte, mit detaillierter Aufschlüsselung in die einzelnen Faktoren, die zu dem jeweiligen Spezifischen Jahresertrag fü hren - dieser entspricht den Volllaststunden einer PV-Anlage. Untersuchung der technisch bedingten Einflüssen, kombiniert mit den architektonisch-gestalterisch bedingten, sowie den ortsgebundenen Faktoren. Das Resultat sind Balkendiagramme, die einen graphischen, übersichtlichen Vergleich ermöglichen und gleichzeitig allgemeingültig anwendbar bzw. erweiterbar sind, sowie die jeweiligen Graphiken A und B ergänzen. Aufbauend auf den Toughness-Kriterien und der Kurzerlä uterung, erfolgte die Berechnung und der Vergleich der Performance Ratio (PR) Werte der Projekte. Diese ermöglichen einen Vergleich der Projekte, unabhängig vom jeweiligen Standort ("bereinigtes" Bewertungskriterium für PV-Anlagen). Die Einflußfaktoren auf die PR-Werte können somit als Rückschlüsse aus der Graphik ermittelt werden [Meteorologische, äußere Einflüsse (Verschattung, Temperatur), Solarzelle und Module (Wirkungsgrad und Verluste), Wechselrichter, Betriebsmittel, etc. (Wirkungsgrad, Verluste)] und führten zur entsprechenden Beurteilung der Projekte. Die PRhoriz dient den Vergleichszwecken mit der PR in der Studie, um den Einfluß der Neigung der PV-Module bzw. deren Ausrichtung nach Süden darzustellen. Unter den jeweiligen Graphiken erfolgte ebenfalls eine Kurzzusammenstellung der Kenndaten der Projekte und der wichtigsten Merkmale, die zu den jeweiligen PR-Werten führten. In der Synthese wurde die Kombination der verschiedenen Faktoren erläutert, die eine bestimmte Auswirkung auf die zu erzielenden Jahreserträge bzw. auf die Performance Ratio des Systems besitzen. Aus den Schemata und Graphiken, bzw. aus der Überlagerungsgraphik (PR und PRhoriz) können (auf der Basis der erfolgten Analyse) Rückschlüsse auf die jeweiligen Einflußfaktoren gezogen werden, die wiederum eine allgemeine Anwendungsmöglichkeit besitzen und somit als Grundlage für GIPV, der praktischen Anwendung durch Architekten und Ingenieure dienen und somit möglicherweise langfristig einen verstärkten Einsatz der PV unterstützen können. Die unterschiedlichen erzielten Werte für die PR sind auf die o.g. Einflußfaktoren zurückzuführen und jeweilig zuzuordnen. Dies ermöglicht von der "subjektiven" / projektbezogenen Analyse auf eine "objektive" Basis durch die Graphiken und deren Darstellung überzugehen und macht sie - wie vorab als Ziel definiert wurde - allgemein praktisch anwendbar. Somit erhalten Architekten die Möglichkeit, die PV- Integration frühzeitig in ihren Gesamtkonzepten zu berücksichtigen. Aufgrund der Tatsache, daß Photovoltaik noch nicht überall ubiquitär vertreten ist, in Kombination mit dem angestrebten Kriterium der Kostensenkung für Photovoltaik - und dieser sich wiederum gegenseitig beeinflussenden Faktoren - könnte die Dissertation ein Baustein zur Öffnung des Verstä ndnisses zur verstärkten Anwendung bzw. Integration von PV darstellen. Die Kombination der Bereiche Architektur, Forschung und Industrie könnte zukünftig zur Entwicklung neuer Integrationsmethoden für Photovoltaik bzw. neuen Produkten (und neuen Materialien) führen und könnte somit neue Marktstrukturierungen und eventuell neu definierte Aufgabenbereiche bzw. Sparten für Architekten, einschließlich zukünftiger Spezialisierungsmöglichkeiten im Sinne einer Interdisziplinarität (zwischen den o.g. Bereichen) ermöglichen. Auf dieser Basis bzw. aufgrund des interdisziplinären Einflusses sind eventuell neue "Richtungen" der Architektur zukünftig denkbar. Langfristig gesehen könnte eine zukünftige Zusammenarbeit in den Bereichen Forschung, Industrie und der Architektur als verbindendes Element evtl. eine neue Zukunftsrichtung für GIPV bestimmen. In Kombination mit den erwarteten und bereits in der Forschung befindlichen neuen PV-Technologien (zur Steigerung der Effizienzen und Senkung der Kosten), könnte der PV, sowie damit auch der GIPV, eine erfolgversprechende Zukunft bevorstehen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The current decrease in the world's natural resources and the increasing demand for energy worldwide are reasons we should think about the enforced use of renewable energies and ways to support their application in the future. The continuing trend since the 1970s for the price of PV to fall by an order of magnitude in dollars and the simultaneous exponential growth of shipments in industry is evidence of the direction of an ever-increasing usefulness of photovoltaics. The basic premise of this study is the examination of building-integrated photovoltaics (BIPV) in the form of 13 projects (case studies), in a specific climatic region of 55° N to 47° N, with the help of newly- defined evaluation criteria (so-called "Toughness" criteria) for BIPV. These criteria show the connection between the esthetic aspects and technically sensitive factors which influence electrical output. This also includes an "objective" scale of comparison, which reflects the different climatic conditions of each project, as well as the inclination of the integrated pv modules and their division into roof and facade integration. The "toughness" criteria form the basis for an objective comparison of the projects, with a detailed breakdown into the individual factors which lead to each of the electrical outputs -this represents the maximum hourly load of a PV system. An examination is made of the technical factors, in combination with those influenced by architectural design, as well as considerations of location. The results are shown in bar diagrams to make a graphical comparison possible in a general sense and are also enlarged to complete the graphs A and B (results of the poject analyses are shown in various graphics). Following a discussion of the "Toughness"-criteria and a short description of each of the project results are calculations of the Performance Ratio (PR) for each project. Comparisons are made between the possible projects, independent of location. The factors influencing the PR are illustrated in the graphs, e.g., meteorological influences (shade, temperature, etc.), solar cells and modules (efficiencies and losses), converters and other operational elements (efficiencies and losses). Finally, an evaluation of each project is made. The PRhoriz is used only for comparison purposes with the PR in the study in order to show the influence of the inclination of the PV modules and their orientation towards the south. A short summary of the most important key dates of each project is included under each graphic along with those characteristics which lead to the PR values. The summary then explains the combination of the various factors which have an influence on the electrical outcome reached by the system as well as the influence on the Performance Ratio of the systems.Information on the influential factors can be extracted from the charts and graphs, which then can be used in a general sense and to form the basis for the application of PV in the GIPV sector. As a result, in the long term, there could be an increased use of PV. The resulting outcomes make it possible to achieve more objective results from this project analysis. As well, the architects could use PV integration in an earlier stage in their overall planned projects. The fact that PV will be used in the future at an increased level might also have an influence on the price of PV and therefore support the increased application of this technology in the future. The combination of the fields of architecture, research and industry might lead in the future to the development of integration methods for PV, or new products (and new materials) and open up new markets and new fields for architects. This might include new opportunities for specialisation in the form of interdisciplinary collaboration among research, architecture and industry. On this basis it might be possible to think in the future about new directions for the field of architecture. In the long term, these results could help foster future cooperation in the fields of research, industry and architecture as a common and connecting element in the future of GIPV. In combination with future and ongoing research in the field of new PV technologies (to increase efficiencies and decrease costs), a very successful and positive future for Photovoltaic and BIPV technology may be expected.English
Uncontrolled Keywords: Erneuerbare Energien
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Erneuerbare EnergienGerman
building integrated photovoltaics, solar energy, renewable energy, bioclimatic architectureEnglish
Classification DDC: 700 Künste und Unterhaltung > 720 Architektur
Divisions: Fachbereich Architektur
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:48
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000290
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-2907
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Eisele, Prof. Dipl Johann and Hartkopf, Prof. Dr.- Thomas
Advisors: Eisele, Prof. Dipl Johann
Refereed: 9 January 2003
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/290
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