Gestaltning
Gestaltning av byggnadsintegrerade solceller 

Byggnadsintegrerade solceller är en del av klimatskalet och oftast är den arkitektoniska avsikten att de skall vara inordnade eller underordnade en arkitektonisk helhet. Solceller kan även monteras utanför klimatskiktet, exempelvis som utvändigt solskydd för glasade ytor. Solcellsmoduler finns i olika kulörer och olika former, monterade på metall eller glas, täckta med en glas- eller plastyta (se moduler/utseende). Semitransparenta moduler fås genom att solcellerna placeras ut med ett valfritt mellanrum på glas och lamineras därefter. Mellanrummen mellan solcellerna och valet av glas även på baksidan skapar det semitransparenta utseendet. Det skapar ett spännande ljusspel, men ger inte svalka. Solcellerna i drift bildar även värme, delvis på grund av att den del av solljuset som inte nyttiggörs i form av el ombildas till värme i solcellen. Solcellen fungerar bäst vid låga temperaturer. Det finns därför flera skäl till en luftad konstruktion. Förutom byggnadsintegration kan solceller utnyttjas som arkitektoniskt element vid utformningen av infrastruktur, som stationsområden, busshållplatser, parkeringsplatser och bullerskydd.

Stadsplanemässigt kan anpassning till utnyttjande av solenergi ge spännande lösningar med vinklar och öppningar samt hela byggnader som vänder sig i riktning mot söder, öster och väster. För att skapa en god helhetslösning bör byggnadens användning vägas in så att bostäder som är i behov av värme utnyttjar även passiv solvärme, samtidigt som lokaler som behöver bli av med värme från människor och datorer hellre glasas upp mot norr och avskärmas åt söder än tvärt om. Solcellsmodulerna bör alltid riktas mot soliga vädersträck.

Eftersom solceller är känsliga för skuggning kommer samplanering av solceller och växtlighet att få en stor betydelse vid solcellsintegration i byggnader. Vegetation är viktig både ur trivselsynpunkt och av miljöhänsyn. Miljöhänsynen kan handla om ekologiska funktioner som filtrerning av dagvatten och grönkorridorer, men även om bidrag till energiminimering. Exempelvis kan en genomtänkt placering av lövträd bidra med minskad energianvändning i ett kontorshus sommartid, genom att hindra solinfallet. I ett sådant exempel är det effektivast att placera solceller på eller integrerat i tak. I stadsplanen måste målsättningen vara att förena möjligheterna till grönska och omhändertagande av solenergi genom väl genomtänkt formgivning.

 Bild: NCC
Brandstationen i Houten, Nederländerna
Semitransparenta moduler

För att minimera förluster vid mindre skuggande objekt kan man använda orientering av panelen och genomtänkta kopplingsskema. Läs mer om detta under moduler/skuggning av moduler

Vid ombyggnad bör man vara varsam och anpassning till den befintliga byggnadens arkitektoniska uttryck är särskilt komplext med ett material som inte liknar de traditionella materialen i struktur, yta och reflexer. Det finns några möjligheter att laborera med solcellernas uttryck som ger större frihet vid förnyelse av befintliga byggnader. Tillverkaren kan åstadkomma olika kulörer hos solcellen med olika form av antireflexbehandling eller avsaknad av antireflexbehandling, och själva glasytan kan antireflexbehandlas för att ge en mattare framtoning. Förutom hänsyn till den aktuella bebyggelsens identitetskapande drag krävs även anpassning av solcellssystemet till dess byggnadstekniska utformning, eftersom solcellen alstrar värme på baksidan.

I Köpenhamn har Domus arkitekter vid en ombyggnad av ett skivhus från sent 50-tal bibehålligt mycket av byggnadens ursprungliga kvaliteter samtidigt som stora förändringar genomförts och solceller använts som nytt karaktärsskapande element. Byggnaden var en typisk elementbetongbyggnad på elva våningar med konventionella balkonger med täckande betongfronter. Byggnaden är ett kollektivhus för rullstolsburna. Den västvända fasaden som var försedd med öppna balkonger vätter ut mot en trafikerad infartsled till Köpenhamn. Förutom bullerstörningar var balkongerna svåra att utnyttja då de var för trånga för de boende. Vid ombyggnaden gjordes därför västfasaden om genom breddning och inglasning av balkonger. De befintliga betongfronterna ersattes av glas med integrerade solceller (monokristallina, se mer om olika solcellstyper under moduler/utseende). De integrerade solcellernas funktion har arkitektoniskt tydliggjorts ytterligare genom färgsatta skivor som används för att skärma bort den värme som alstras på baksidan av cellen (och som kan ge höga yttemperaturer), vid sidan av den el som alstras, under sommartid. Övriga årstider skjuts skivan ifrån cellerna och värmen fungerar som ett trevligt tillskott. Solcellerna är i detta fall endast laminerade mot glaset.

Dubbelutnyttjande av solceller

Värmen som alstras på solcellens baksida behöver antingen ventileras bort eller göras nyttig för byggnaden (se tidigare exempel Kollektivhuset). En del lösningar använder solcellens värmeutveckling som förvärmning av tilluft eller som extra skjuts i en självdragsskorsten. I Kvartershus Kolding ritat av White arkitekter A/S sker förvärmning av tilluft utformas lättast vintertid genom att solcellspanelerna integrerats i en dubbelfasad . Sommartid ventileras istället spalten i dubbelfasaden för att förhindra överhettning i de innanförliggande rummen, Detta sker genom automatiskt styrda öppningar i fasad. Om solceller används som bröstningar bör öppningsbara fönsterytor för vädring planeras åt norr för sommarfallet, så att inte uppvärmd luft tas in. 

Andra sätt att utnyttja solcellen för en dubbelfunktion är exempelvis att skapa skugga samtidigt som elektricitet omvandlas. Solceller är utmärkta att använda som utvändigt solskydd då solen lyser som starkast. På så sätt skapas skugga samtidigt som elektricitet omvandlas. I publika lokaler är solskydd nödvändigt stora delar över året för att skapa ett acceptabelt inneklimat och minska kylbehovet. Semitransparenta glasfasader däremot ger inte avskärmning från solvärme, utan transporterar stora delar av värmen till insidan.

 
Bilder: White arkitekter A/S, Sara Grahn.
Kvartershus Kolding för Kolding Kommune.

Best Practice
Det finns flera exempel på dubbelutnyttjande av solceller, där solcellen utöver sin funktion att generera el även uppfyller en byggnadsfunktion. Dessa byggnadsintegrerade solcellslösningar kallas BIVP (Building Integrated Photo Voltaics). BIPV kan leda till kostnadsfördelar genom att man ersätter konventionella byggnadsmaterial med solceller vilket minskar materialanvändning och installationstid samt genererar inkomster skapade av solcellerna. Dessutom kan det tillföra ett estetiskt värde för byggnaden.

Rapporten "Byggnadsintegrerade solcellsanläggningar - Europeisk Best-Practice" är en elforskrapport skriven av Michiel van Noord. Denna rapport kan fungera som handledning för best-practice vad gäller personsäkerhet, brandsäkerhet, uthållighet och funktion. Rapporten beskriver även ett antal praktiska råd och designriktlinjer vad gäller stadsdelsplanering och arkitektur, och ska vara en startpunkt och inspirationskälla vid design och projektering av byggnadsintegrerade solcellsanläggningar.

Designuppgift

Modulen bör vara konstruerad för att fungera som/för
- ett effektivt klimatskal
- konstruktivt bärande 
- att tåla vind- och snölaster 
- dubbelt energiutnyttjande/väl ventilerad 
- elektrisk integration 
- att underlätta underhåll

Att tänka på:

- Vinkel och orientering 
- Nedsmutsning 
- Snöförekomst 
- Skuggning och kopplingsschema 
- Modulens temperatur/ventilering

/Marja Lundgren
Arkitekt SAR/MSA vid White

Exempel på gestaltning
Klicka på länkarna under eller på detaljer i figuren t.h
.


1. Fasader

(1A) Fasader med integrerade solceller
(1B) Fasader med applicerade solceller
(1C) Fasader med solceller integrerade i balkonger


2. Tak

(2A) Tak med integrerade solceller
(2B) Tak med applicerade solceller


3. Fristående strukturer

 

 

 



1. Fasader

(1A) Fasader med integrerade solceller

Fasader med solceller integrerade i klimatskalet, dvs. som ersättning för ett annat byggnadsmaterial.


Bild: Energibanken AB

Lösning på ett diagonalt avslutningsproblem med "dummies". Nieuwland, Nederländern
a


Bilder: Hermann Laukamp, ISE

Fasadelement på hus i Freiburg i södra Tyskland

 

Bild: Energibanken AB

Tillbaka till exempelhuset

 

Semitransparanta fasader där solceller integrerats i glasytor. Solcellerna sätts på distans från varandra, vilket skapar ett ljusspel. Solenergin omvandlas i i solcellen till el och värme. Eftersom att solcellens baksida blir varm ger en semitransparant glasfasad inte nämnvärd avskärmning från solvärme, utan transporterar stora delar av värmen till insidan.

 
Bilder: Ingo Hagemann



Trapphus med semitransparenta moduler (Greenpeace lagerbyggnad)



Bild: Ingo Hagemann

Biblioteket i Barcelona med semitransparenta moduler


Bild: Ingo Hagemann 

Biblioteket i Barcelona inifrån


Tillbaka till exempelhuset

Pergola. Bilderna nedan visar solskydd i glasad, lutande fasad.


Semitransparenta moduler, Doxford, England


Invändigt ljusspel, Doxford, England

 
Bild: Hermann Laukamp, ISE

Solar Fabrik AG, Freiburg, Södra Tyskland.

 
Bild: Energibanken AB

Solar Fabrik AG inifrån. Freiburg, Tyskland

Tillbaka till exempelhuset

Exempel på solceller i bröstningar.



Bild: Energibanken AB

Bröstningar, Lausanne Schweiz.

Tillbaka till exempelhuset


(1B) Fasader med applicerade solceller



Bild: CM Johannesson
Länsmuséet i Härnösand.

Tillbaka till exempelhuset

Till vänster, exempel på fasader med solceller monterade utanför klimatskalet.



Solavskärmning

Solceller är utmärkta att använda till utvändigt solskydd. På så sätt skapas skugga samtidigt som elektricitet omvandlas. I publika lokaler är solskydd nödvändigt stora delar över året för att skapa ett acceptabelt inneklimat och minska kylbehovet.


Bild: Energibanken AB

Moduler monterade i en lamellstruktur,
Nieuwland, Nederländerna.   


Bild: Energibanken AB

"The Colt"-Solution


Bild: Energibanken AB

Skola i Nieuwland


Bild: Henk Kaan

ECN-Laboratory, Nederländerna


Bild: Gotlands kommun

Almedalsbiblioteket, Visby

Tillbaka till exempelhuset

(1C) Fasader med solceller integrerat i balkonger


Ekovikki   
(bild PV-Nord)


  Ekovikki   (bild PV-Nord)

 
Kollektivhuset   (bild PV-Nord)

 
Kollektivhuset   (bild PV-Nord)

 

Tillbaka till exempelhuset

 

2. Tak

(2A) Tak med integrerade solceller


United Solar Systems

Amorfa moduler integrerade till taket.


Bild: Energibanken AB

Fyrdelat tak med moduler på alla sidor. Japan

I exemplena ovan, taklösningar med solceller integrerade i klimatskalet, dvs. som ersättning för annat takmaterial.

 

Tillbaka till exempelhuset

 

Lanterniner


Bild: Energibanken AB
 
JM hus 1 i Hammarby Sjöstad. Semitransparanta celler i glastak.


Bild: Ingo Hagemann

Tekniska Högskolan, EPFL, Lausanne Schweiz


Semitransparanta moduler är glasytor med solceller monterade med viss distans.
 


Bild: Hermann Laukamp

Semitransparenta moduler sedda underifrån i ett sågtandsformat tak över ett ljusschakt på Fraunhoferinstitutet, Freiburg


Bild: Energibanken AB

Från de Kleine Aarde Ecopark, Nederländera.

Bild: Sjoert Gort, Shell

Shell kontorsbyggnad i Rijsvijk, Nederländerna.

 


Tillbaka till exempelhuset

 


Avskärmning över loftgång på ett lågenergihus i Freiburg, Tyskland.


Bild: CM Johannesson
Avskärmning i direkt anslutning till tak.

Tillbaka till exempelhuset

 


(2B) Tak med applicerade solceller


Bild: Energibanken AB

IKEA, Älmhult. Takanläggningen


Bild: Energibanken AB

Taket på Lysande, Hammarby Sjöstad


Universeum i Göteborg


Bild: CM Johannesson
Dalarna Universitet, Borlänge



Bild: CM Johannesson
Nordens Ark, Hunnebostrand

 
 
Bilder: Energibanken AB
Från Demosite, Lausanne i Schweiz   


Tillbaka till exempelhuset


3. Fristående strukturer

 


Bild: Energibanken AB

Nieuwland, Nederländerna.



Bild: Energibanken AB

Exempel på ingångsparti hämtat från IT-Powers test och träningscenter, England.


Bild: Energibanken AB

Detalj från ingångsparti för IT-Powers.