Zukunftsaspekte der Bauwerksintegrierten Photovoltaik (BIPV) in der systemübergreifenden BIM-Planung
Solare Stromerzeugung mittels Photovoltaiksystemen soll eine Hauptenergiequelle auf dem Weg zu 100% erneuerbaren Energien werden. Aufgrund des hohen Flächen- und Materialbedarfes ist es eine sehr wichtige Aufgabe, Photovoltaikelemente doppelt zu nutzen, z.B. als Dach-, Fassaden- und Verschattungselemente.
Das Forschungsprojekt BIM4BIPV der TU Wien möchte die Simulation von gebäudeintegrierter Photovoltaik (BIPV) in Building Information Modelling (BIM) vorantreiben. Das Ziel ist die Erforschung eines durchgängigen BIM-Planungsflusses für bauwerksintegrierte Photovoltaik (Building Integrated Photovoltaic BIPV) im interdisziplinären Planungsprozess. Open-BIM-BIPV-Elemente sollen direkt in Architekturmodelle eingesetzt und zur Ermittlung von Solarenergieerträgen, die Berechnung von Belichtung, den Energieausweis und visuelle Simulation verfügbar sein.
Im Fokus stehen dabei das Modellieren in 3D und das mögliche Abbilden der verschiedenen Modul- Geometrien, sowie das Erstellen von Schnittstellen und die Verfügbarkeit technischer Daten für Simulationen.
Mit Partnern aus der Photovoltaik-Produktion, der Belichtungstechnik, Bauphysik, PV-Simulation, Standardisierung und Forschung will BIM4BIPV aufzeigen, dass die Umsetzung der BIM-Methodik (Building Information Modelling) in der PV-Produktion helfen kann, Photovoltaiksysteme auf kompatible Weise in Planung und im Bau einzubinden. In Zusammenarbeit mit buildingSMART soll die Standardisierung der Erfassung von Photovoltaikkomponenten als IFC-Modelle forciert werden.
Ziel ist die Entwicklung eines open BIM IFC Daten-Templates, welches die weltweite Eingabe und Erfassung von interdisziplinär nutzbaren Daten zu BIPV-Elementen ermöglicht. Eine Roadmap soll aufzeigen, wie BIPV-Elemente direkt in Gebäude eingesetzt werden können, so dass das Architekturmodell zur interdisziplinären Planung und Simulation von BIPV-Elementen verwendbar ist.
In der Ingenieurs- und Architekturplanung wird BIM zunehmend eingesetzt und ist ein Zukunftstool zur Schaffung von „digitalen Zwillingen“ der gebauten Umwelt. Die Photovoltaikindustrie und die PV-Planungstools sind im „BIM-Bereich“ kaum vertreten. Umgekehrt werden Photovoltaikelemente und -systeme seitens der Industrie bislang nicht als BIM-Elemente dargestellt.
Gebäude, ebenso wie urbane Freiräume, Verkehrsinfrastrukturen wie Bahnhöfe und Autobahnen, sowie auch die Agrarflächen bieten optimale Solar-Flächenpotentiale, um Photovoltaik mit Doppelnutzen zu integrieren.
Photovoltaikelemente werden ressourcen- und kostenintensiv hergestellt und in der Verwendungsphase benötigen sie viel Platz. Um diesen Aufwand bestmöglich zu nutzen bedarf es sorgfältiger Planung. Bauwerksintegrierte PV-Anlagen (BIPV) können Funktionen anderer Baumaterialien und Elemente übernehmen, wie beispielsweise Wetterschutz, Sonnenschutz und Tageslichtoptimierung, während gleichzeitig erneuerbarer Strom erzeugt wird.
Um dieses Potential voll auszuschöpfen, ist es erforderlich, PV-Elemente bereits frühzeitig in die Planung einzubinden und in BIM-Modelle zu integrieren.
Photovoltaik ist in der „BIM-Welt“ noch nicht angekommen, obwohl solare Stromerzeugung über Photovoltaik – auch im urbanen Umfeld – und die digitale Planung mit BIM „die“ Zukunftsthemen sind.
Die Relevanz von Photovoltaik im Rahmen der Energiewende zeigt sich unter anderem in der Solarverpflichtung für jedes neue öffentliche Gebäude. Auch die EU ist mit den Novellierungen des „Green Deal“ dabei die Integration von Photovoltaik ab 2027 auf jedem Neubau vorzuschreiben.
Um dieses Potenzial bestmöglich auszuschöpfen, ist es wichtig, die für Photovoltaikanlagen geeigneten Flächen bereits im Planungsprozess konzipieren und simulieren zu können.
Methodische Vorgehensweise
Anhand beispielhafter Musteranwendungen von BIPV in Glasfassaden, Überdachungen, solaren Dach- und Verschattungselementen soll untersucht werden, welche Schnittstellen, Standards, Tools und Informationen erforderlich sind, um BIPV-BIM-Elemente zu generieren, multidisziplinär zu planen, zu visualisieren, zu simulieren, zu produzieren und an das Facility Management bzw. den Stoffkreislauf übergeben zu können. Die Prototypen sollen schließlich an Musterplanungen erprobt und optimiert werden. Im Austausch mit Stakeholdergruppen – wie repräsentiert im Innovationslabor „Digital findet Stadt“ , dem open BIM Standardisierungsbody „buildingSMART“ sowie in Zusammenarbeit mit der Task 15 zu BIPV des Photovoltaik Power System Programs der IEA Internationalen Energieagentur, soll an einem weltweit akzeptierten und abgestimmten Datenformat (Datatemplate) für BIPV-BIM-Elemente gearbeitet werden.