Ökologische Solarstromerzeugung beim neuen Verwaltungsgebäude der GEWOBAU in Essen

Ein Bericht von Thomas Fellenberg und Marcus Kartzig*


Umweltfreundliche Energiegewinnung hat im Baugeschehen von heute einen hohen Stellenwert. Dabei kommt der Solarstromerzeugung mittels Photovoltaik wachsende Bedeutung zu. Beim hier vorgestellten erweiterten und umgebauten Hauptverwaltungsgebäude des Essener Unternehmens GEWOBAU ermöglicht ein besonderes Metalldach mit maßgeschneiderter Photovoltaik-Technik ökologische Energiegewinnung. Eingesetzt wurde das objektbezogen geplante Solar PV-Stehfalzsystem von Rheinzink. Es ist ein integriertes Solarsystem, bei dem spezielle Dünnschicht-PV-Elemente werkseitig vollflächig auf die Rheinzink-Scharen geklebt werden. Die Klassische Falztechnik für Metallbedachung wird so effizient mit zeitgemäßer Solarstromerzeugung verbunden.

Attraktiver Umbau und Erweiterung

Nahe dem Essener Stadtzentrum, direkt hinter dem Rathaushochbau liegt an der Ribbeckstraße das Hauptverwaltungsgebäude der GEWOBAU Essen eG. Das viergeschossige Bauwerk mit einer Länge von rund 43 m und 12 m Tiefe ist Teil einer Blockrandbebauung und weist, ähnlich wie die Nachbargebäude, Sattel- und Walmdächer auf. Die Fassaden sind straßen- und hofseitig mit naturroten und sandfarbenen Verblendziegeln gestaltet. Im Zusammenspiel mit weißen Fensterrahmen und den markanten Änderungen im Bereich des Treppenhauses sowie des neu geschaffenen Staffelgeschosses ergibt sich eine funktionale und optisch vorteilhafte Gliederung der in Hanglage angeordneten Baumasse.

Das heutige Verwaltungsgebäude war ursprünglich für Wohnzwecke konzipiert. Allerdings hatte man schon bei der Planung Achs- und Stützweiten auch für andere Nutzungen vorgesehen. Mit dem Einzug der GEWOBAU wurden die Etagen Raum für Raum zu Verwaltungseinheiten und Büros umgebaut. Die umfangreichen Änderungen bzw. Erweiterungen umfassen unter anderem auch den Hauptzugang von der Ribbeckstraße, zusätzliche Balkone, das Treppenhaus, einen hofseitigen Aufzug sowie die vollständige Neugliederung des 3. Obergeschosses.

Neues Staffelgeschoß setzt Akzente

Den Löwenanteil der Erweiterungsmaßnahmen bildet ein zusätzliches Staffelgeschoß. Es wurde auf das geänderte 3. Obergeschoß aufgesetzt und bietet großzügige Platz- und Lichtverhältnisse für die hier untergebrachten verschiedenen Repräsentations- und Versammlungsräume. Von der Ribbeckstraße aus gesehen erhält die lang gestreckte Außenansicht durch die horizontalen Bänder der Brüstung und Attika des neuen Staffelgeschosses einen kraftvollen Akzent. Als architektonische Besonderheit mit Wetterschutz-Funktion erhielten Attika- und Brüstungsbereiche und deren Untersichten metallische Außenbekleidungen aus vorbewittertem Rheinzink. Sie sind klempnertechnisch als Winkelstehfalzflächen gestaltet. Einen deutlichen Kontrast dazu bilden die vorspringenden, vertikal durchgehenden Wandscheiben im Bereich des Treppenhauses und des Einganges, die wie ein eigenständiger Baukörper das Gebäudevolumen in einen Mittel- und Ecktrakt gliedern.

Aus Satteldach wird Solardach

Der obere Abschluss des neu geschaffenen Staffelgeschosses wird von einem lang gestreckten, unsymmetrischen Satteldach gebildet. Aus konstruktiven und nutzungsbedingten Gründen wurde ein beidseitiger Höhenversatz von ca. 50 cm ausgeführt. So ergibt sich im Prinzip ein mittleres Satteldach mit zwei jeweils seitlich anschließenden Pultdachflächen; die First- bzw. Trauflänge beträgt ca. 28 m. Planer und Bauherrschaft entschieden sich für ein mit Metall gedecktes Dach, wobei - wie auch bei Attika- und Balkonbrüstungsbekleidung - als Deckwerkstoff wieder Rheinzink „vorbewittert“ pro blaugrau zum Einsatz kam. Der Dachaufbau ist als unbelüftete, voll wärmegedämmte Konstruktion entsprechend dem Stand der Technik ausgeführt.
Bei den im Vorfeld der Ausführung angestellten Überlegungen für ein zeitgemäßes Solardach standen verschiedene Systeme zur Auswahl. Nach einer internen Untersuchung unter Berücksichtigung der objektbezogenen Situation entschied man sich für den Einbau des neu entwickelten Solar PV-Stehfalz-Systems von Rheinzink.

Dachintegriertes Solarsystem

Im Gegensatz zu den als „Auf-Dach-Elemente“ bezeichneten Solarmodulen, die oft nachträglich auf bestehende Dächer aufgeständert werden, wählten die Planer für das neu zu erstellende Solardach - wie schon dargestellt - das Solar PV-Stehfalz-System. Bei ihm werden UNI-SOLAR® -Module werkseitig unmittelbar auf die Scharen der Rheinzink-Bedachung aufgeklebt. Es handelt sich somit um ein dachintegriertes Solarsystem, bei dem die solaren Elemente ohne zusätzliche Befestigungen mittels modernster Klebetechnik dauerhaft direkt in der Ebene der metallischen Dachhaut befestigt sind. Der TÜV Rheinland/Berlin-Brandenburg hat durch Klimatests die langzeitsichere Verbindung der Solarmodule mit dem Werkstoff Rheinzink festgestellt. Damit sind das IEC-Zertifikat 61646 und die Schutzklasse II der Dünnschichtmodule auch auf Rheinzink Solar PV Stehfalz übertragbar.

Zu den besonderen Merkmalen dachintegrierter Solarsysteme zählt aus gestalterischer Sicht die problemlose Einbindung in die Architektur und die Gestaltung des Daches. Das Solar PV-Stehfalzsystem eignet sich zum Einbau für Dächer ab 7 Grad Neigung (Anwendung ab 3 ° Dachneigung mit Zusatzmaßnahmen). Es besteht aus werkseitig vorgefertigten Scharen inklusive der Solarzellen. Die bewährte Falztechnik (Doppel- oder Winkelstehfalz) wird mit ökologischer Solarenergiegewinnung kombiniert. Das System zeichnet sich durch vergleichsweise hohen Energieertrag, selbst bei diffusen Lichtverhältnissen und geringer Sonneneinstrahlung aus, bedingt durch moderne Triple Junction-Solarzellen auf Basis von Dünnschicht-Siliziumelementen.

Objektbezogene Lösung

Für die objektbezogene Realisierung des nach Werksvorschrift zu installierenden Solar PV-Stehfalz-Systems stand die nach Südwesten ausgerichtete, obere Satteldachhälfte im Bereich zwischen Firstprofil und straßenseitigem Gefällesprung (ca. 50 cm Höhenversatz) zur Verfügung. Bei einer Firstlinie von rund 28,00 m und ca. 3,10 m Tiefe ergab sich eine Fläche von etwa 85 m², die mit Solarmodulen bestückt werden konnte. Entsprechend dem Systemmaß von 430 mm Breite errechnete man eine Anzahl von 64 PV-Modulen, jeweils mit einer Nennleistung von 64 Wpeak pro Schar.

Unter Berücksichtigung spezifischer Objektdaten, wie Standort, Lage zur Himmelsrichtung, Dachneigung und Modul-Leistung kann für den Raum Essen mit einem optimalen Ertrag von 850 kWh/a für installierte Anlagengröße von 1 kWp (Kilowatt Peak) gerechnet werden. Für die Südwestlage und Dachneigung von 6 Grad wird der Ausrichtungsfaktor auf 0,90 festgelegt (6 Grad sind hier möglich, da kein Längsstoß erforderlich ist und Falzdichtungsband in den Doppelstehfalzen als Zusatzmaßnahme eingesetzt wurde). Daraus ergibt sich die folgende Berechnung:

850 kWh/a x 0,9 x 4 kW = 3060 kWh/a
≥ 765 kWh je kWp und Jahr.


Die PV-Scharen mit 0,70 mm Metalldicke wurden auf strukturierter Trennlage von links nach rechts verlegt, wobei der Unterfalz rechts und der Oberfalz links positioniert wurde. Die Gesamtlänge der Scharen setzt sich wie folgt zusammen: 3100 mm von Vorderkante Traufeneinhangblech bis zur Firstaufstellung, plus 30 mm Rückkantung an der Traufe, plus 100 mm Aufstellhöhe am First, plus 20 mm Rückkantung. Unter Berücksichtigung von Bautoleranzen wurde das Gesamtmaß der Schar auf 3280 mm festgelegt.

Die Einzelheiten der klempnertechnischen Verlegung mit allen Verbindungen, Anschlüssen, Trauf- und Firstdetails entsprechen den üblichen Ausführungsmodalitäten bei der herkömmlichen Doppelstehfalztechnik. Allerdings wurden die Scharen als werkseitig vorgefertigte Elemente mit den bereits fertig verklebten PV-Modulen geliefert. Bei der Montage wurden die einzelnen Dachelemente mit jeweils nur zwei elektrischen Steckverbindungen verschaltet, was eine schnelle und sichere Eindeckung möglich machte. In Abhängigkeit von der Objektsituation wurden jeweils 16 Photovoltaikmodule in Reihe geschaltet. Der Parallelanschluss jeweils zweier Reihenschaltungen an die beiden Wechselrichter erfolgte durch den autorisierten Elektro-Installationsbetrieb.

Zusammenfassung

Sinnvolle Nutzung von Sonneneinstrahlung zur ökologischen Energiegewinnung setzt sich immer mehr durch. Insbesondere im Zuge allgegenwärtiger Umweltdiskussion und der Notwendigkeit, CO2 -Emissionen zu reduzieren, steigt die Bedeutung dieser Form umweltfreundlicher Stromerzeugung. Mit dem Solar PV-Stehfalz-System bietet Rheinzink eine weitere Möglichkeit, die Vorteile bewährter und attraktiver Metalldachlösungen mit der wirtschaftlichen Gewinnung von Solarstrom zu verbinden. Am Beispiel des erweiterten und umgebauten Verwaltungsgebäudes der Essener GEWOBAU wird aufgezeigt, dass derartige Lösungen nicht nur nutzungsspezifisch und von der Kostenseite überzeugen können, sondern auch den Belangen der architektonischen Gestaltung Rechnung tragen.

*Die Autoren sind Mitarbeiter der Rheinzink GmbH & Co. KG, Datteln