Im Rahmen der Energiewende vollzieht sich die Abkehr von einer zentralisierten Energieversorgung mit weitgehend fossilen Kraftwerken hin zu einem dezentral organisierten System mit vorrangig erneuerbaren Energien. In diesem zukünftigen durch erneuerbare Energien dominierten Energiemarkt, nimmt die Photovoltaik (PV) aufgrund ihrer technologischen Eigenschaften eine besondere Stellung ein. Einer umfassenden Nutzung der Photovoltaik standen in der Vergangenheit hohe Investitionskosten entgegen. Der globale Auf- und Ausbau von Produktionskapazitäten zur Fertigung von PV-Anlagen und damit einhergehende Lernkurveneffekte haben im Zeitverlauf zu einer deutlichen Kostenreduktion für PV-Anlagen geführt. Die vormalige Kostenintensität von PV-Anlagen hat zur Entwicklung des klassischen Ansatzes zur Netzparität der Photovoltaik, als Maß deren Wettbewerbsfähigkeit, geführt. Der Ansatz stellt auf den Vergleich von Stromgestehungskosten einer neu installierten PV-Anlage eines Haushalts mit dessen Strombezugskosten aus dem öffentlichen Stromnetz ab. Sowohl die Gegenüberstellung von Kosten und Preisen als auch der Fokus lediglich auf private Haushalte schränken die Anwendbarkeit des Ansatzes ein und bilden den Hintergrund dieser Arbeit. Basierend auf einer umfassenden Literaturrecherche bestehender Paritätsbegriffe erfolgt eine Neudefinition des Ansatzes der Netzparität der Photovoltaik, die eine aussagekräftige Bewertung der Wettbewerbsfähigkeit dieser Technologie erlaubt. Wettbewerbsfähigkeit ist gegeben, wenn sich der Einsatz der Photovoltaik kostensenkend auf die Gesamtkosten der Stromproduktion des Energiemarkts auswirkt. Die allgemeine Anwendbarkeit des Ansatzes auf weitere Energieerzeugungstechnologien, regional und zeitlich unabhängig, gilt als wesentliche Bedingung der Entwicklung des Paritätsansatzes. Hierfür werden die Kriterien reine Kostenorientierung, Betrachtung des gesamten Lebenszyklus von Energieerzeugungsanlagen, Anlagenbetrieb im technologischen Optimum und Vergleichsbasis im Energiemix definiert. Unter Zuhilfenahme eines Energiemarktmodells erfolgt die theoretische Darstellung des novellierten Paritätsansatzes. Netzparität der Photovoltaik im Ansatz dieser Arbeit liegt vor, wenn PV-Anlagen im Rahmen ihrer Nutzungsdauer eine Kostensenkung im Energiemix bewirken. Das bedeutet, dass der Saldo aus Stromgestehungskosten von PV-Anlagen eines Installationsjahrs und dem Energiemix über deren Nutzungsdauer positiv ist. Im Ergebnis des novellierten Ansatzes wird festgestellt, dass der jeweils in einer Region vorliegende Energiemix die Wettbewerbsfähigkeit von Stromerzeugungstechnologien wie der Photovoltaik determiniert. Externe Eingriffe wie eine Begrenzung der Anlagennutzungsdauer, führen generell zu höheren Kosten im Energiemix. Weiterhin zeigt sich, dass für den Standort Deutschland PV-Anlagen ab 2035 die Bedingungen der Netzparität erfüllen und entsprechend im nationalen Energiemix kostenmindernd wirken. Die Neudefinition des Ansatzes zur Netzparität als kostenbasiertes, langfristorientiertes und technologieneutrales Modell stellt ein Planungsinstrument dar, das die Umsetzung politischer Ziele wie der verstärkte Ausbau erneuerbarer Energien oder die Reduktion von CO2-Emissionen kostenminimal ermöglicht.

Im Jahr 2017 - 2018 wurden in Cottbus zwei solare Mehrfamilienhäuser (je 7 Wohneinheiten) gebaut und seit 2019 im bewohnten Zustand im Rahmen des Eversol-Projektes durch die TU Bergakademie Freiberg wissenschaftlich begleitet. Neben dem Energiekonzept (Solarthermie und Photovoltaik) war auch das Bewohnerverhalten aufgrund einer Pauschalmiete (Festpreis für Wohnen, Strom, Wärme und Kälte) von Interesse. Die im Detail untersuchten Gebäude in Cottbus erreichen die hohen planerischen solaren Deckungsgrade in der elektrischen Energieversorgung sehr gut (70 % - 77 %). Das Stromverbrauchsprofil ist vergleichbar mit Literaturwerten und weist keine Auffälligkeiten aufgrund von Pauschalmiete auf. Durch deutlichen Mehrverbrauch in der Wärmeversorgung wird der solare Wärmedeckungsgrad allerdings verfehlt (50 % - 55 %). Gründe sind hier neben einem hohen Komfortanspruch der Bewohner (hohe Raumtemperaturen) u. a. auch in einer fehlerhaften Thermostateinstellung und hohen Warmwasser-Vorlauftemperaturen zu sehen. Insgesamt weisen die Monitoringergebnisse jedoch nicht auf ein verschwenderisches Verhalten aufgrund der Pauschalmiete hin. Für zukünftige Projekte wird deutlich, dass sowohl elektrischer, als auch thermischer Speicher deutlich kleiner dimensioniert werden könnten, ohne einen großen Einfluss auf die Autarkie zu haben. Der Erfolg der Auskopplung von Strom- und Wärmeüberschüssen in das umliegende Quartier konnte nachgewiesen werden. Es besteht jedoch noch weiteres Potenzial durch eine intelligente Steuerung. Die in diesem Forschungsprojekt mit umgesetzte pauschalisierte Inklusivmiete / Pauschalmiete kann als ein wesentlicher zukünftiger Anreizfaktor für ein Umdenken im Neubau von gesetzlichen, energetischen Pflichtvorgaben hin zu ökologisch-wirtschaftlichen Lösungen, von denen Mieter wie Vermieter profitieren, angesehen werden. Die Kombination von Neubau mit Bestandsgebäuden zu einem Quartier, sowie die energetische Sanierung und Integration von regenerativen Energiequellen in Bestandsgebäude weisen ein immenses Potential in Deutschland auf und sollten zukünftig vermehrt hinsichtlich Energie und CO2-Einsparpotentialen mit einer Erarbeitung von neuen schnellen Umsetzungsstrategien untersucht werden.:Definitionen Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung und Projektablauf 2 Stand der Technik und Gesetze im Gebäude- und Quartiersbestand 2.1 Gesetzliche Vorgaben und Förderrichtlinien 2.1.1 Gebäudeenergiengesetz (GEG) 2.1.2 KfW-Förderungsrichtlinien Niedrigenergiehäuser 2.1.3 Solarpflicht 2.1.4 Gesetz zur Aufteilung der Kohlendioxidkosten (CO2KostAufG) 2.2 Gebäudebestand 2.3 Niedrigstenergiegebäude im Markt der MFH 2.3.1 Geometrische Kennzahlen und baulicher Wärmeschutz 2.3.2 Technische Ausstattung 2.3.3 Energetische Betrachtung 2.4 Einfluss des Nutzerverhaltens auf den Heizwärmeverbrauch 2.5 Energetische Quartierskonzepte 2.5.1 Wärme im Quartier - 5GDHC 2.5.2 Strom im Quartier 2.5.3 Fazit und Hemmnisse von Quartierskonzepten für Wärme- und Stromeigenversorgung 2.6 Warmwasserbehandlung 2.6.1 Grundlagen solarer Nutzwassererwärmung im Mehrfamilienhaus 2.6.2 Warmwasserbereitstellung im Mehrfamilienhaus 3 Mietmodelle 3.1 Energielieferungen in Vermietungsmodellen 3.1.1 Beschreibung des Status Quo 3.1.2 Gesetzeskarte für Energiedienstleistungen 3.1.3 Mieterstrommodelle 3.1.4 Bestehende Pauschal- und Teilinklusivmieten 3.2 Neue Modelle der Pauschalmiete und Variationen 3.2.1 Varianten pauschaler Abrechnung 3.2.2 Wünschenswerte rechtliche Änderungen 3.3 Wirtschaftlichkeitsvergleich der Pauschalmiete 3.3.1 Ermittlung der Eingabewerte 3.3.2 Ergebnisse aus Vermietersicht 3.3.3 Ergebnisse aus Mietersicht 3.4 Mögliche Einsatzbereiche von Pauschalmieten 3.4.1 Variation des Gebäudestandards und der Anlagennutzungsdauer 3.4.2 Variation der Fördermittel und der CO2-Steuer 3.4.3 Variation Energiepreis 3.4.4 Variation der Anzahl der Wohneinheiten 3.5 Vergleich der gemessenen Daten in Bezug auf die betrachteten Mietmodell 3.6 Vernetzung im Quartier 3.7 Fazit 4 Simulationsgestützte Analysen 4.1 Matlab/Simulink Modell von Gebäude und Quartier 4.2 Potentiale wärmeseitige Quartiersvernetzung 4.3 Potentiale stromseitige Quartiersvernetzung 4.4 Standortvergleich 4.5 Ökobilanzierung 4.6 Anlagendimensionierungen 5 Monitoring 5.1 Kenndaten und Gebäudekonzept 5.2 Installierte Messtechnik 5.3 Messwerterfassung 5.4 Wetterdaten 5.5 Speicherverluste 5.6 Kennzahlen 6 Energetische Bewertungen 6.1 Fehleranalyse und Vorschläge zur Systemoptimierung 6.1.1 Akku- und Wechselrichterausfall 6.1.2 Eigenzirkulation im ST-Kreislauf 6.1.3 Hydraulischer Abgleich der Teilfelder ST 6.1.4 Nahwärmeauskopplung 6.1.5 Thermostateinstellung und Umstellungen des Heiz- und Kühlmodus 6.1.6 Einspeisung ST-Ertrag in Speicher 6.1.7 Zirkulationsverluste und Auslegung Frischwasserstation 6.1.8 Klimatisierung Technikräume 6.2 Elektrische Energiebilanz - Gebäude und Einzelkomponenten 6.2.1 Allgemeine Energiebilanzen - Strom 6.2.2 PV-Anlagen 6.2.3 Haushaltsstromverbrauch 6.2.4 Hilfsstromverbrauch 6.2.5 Akkuspeicher 6.2.6 Quartiersvernetzung 6.3 Wärmebilanz - Gebäude und Einzelwohnungen 6.3.1 Allgemeine Energiebilanzen - Wärme 6.3.2 Einfluss Mieter und Thermostateinstellung auf Raumtemperatur und Heizwärmebedarf 6.3.3 Einfluss der Globalstrahlung auf den Heizwärmeverbrauch 6.3.4 Solarthermieanlage 6.3.5 Vergleich Solarthermie- und PV-Anlage 6.3.6 Gasbrennwerttherme und Warmwasserbereitung 6.3.7 Betrachtungen des Wärmespeichers 6.3.8 Gebäude- und Wohnraumkühlung und -heizung 6.3.9 Quartiersvernetzung 6.4 Soziologische Befragungen 6.4.1 Bewertung der Wohnungen 6.4.2 Bewertung des Energiekonzepts 6.4.3 All-Inclusive-Miete 6.4.4 Einstellung zur Mobilität 6.4.5 Selbsteinschätzung des Energieverbrauchsverhalten 6.4.6 Geräteausstattung 6.4.7 Fazit 7 Fazit und Ausblick Literaturverzeichnis Anhang / As part of the Eversol project, two solar apartment blocks (7 units each) were built in 2017 - 2018 and were monitored since 2019 in an inhabited state as part of the Eversol project monitored scientifically by the TU Bergakademie Freiberg. Due to a flat-rate rent (fixed price for living, electricity, heating and cooling), the energy concept (solar thermal and photovoltaics) and the occupants' behaviour were of main interest. The high planned solar coverage rates for the electricity supply (70 % - 77 %) are very well achieved in the buildings analysed in detail in Cottbus. The electricity consumption profile is comparable with literature values and shows no anomalies due to flat-rate rent. However, the solar heat coverage is not achieved due to the significantly higher consumption in the heat supply (50 % - 55 %). In addition to the high comfort requirements of the occupants (high room temperatures), this is e. g. also due to incorrect thermostat settings and high hot water temperatures. On the whole, however, the monitoring results do not indicate any wasteful behaviour as a result of the flat-rate rent. For future projects, it is clear that both the electrical and thermal storage tanks could be significantly smaller without having a major impact on self-sufficiency. The success of exporting surplus electricity and heat to the surrounding neighbourhood has been proven, but there is further potential through intelligent control. The all-inclusive rent / flat-rate rent implemented in this research project can be seen as a significant future motivator for a rethinking in new buildings from legislative, mandatory energy requirements to ecological and economical solutions that benefit both tenants and landlords. Combining new buildings with existing buildings to form a quarter, as well as energy-efficient renovation and integration of renewable energy into existing buildings, has great potential in Germany and should be explored further to develope new rapid realisation strategies for the future building sector.:Definitionen Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung und Projektablauf 2 Stand der Technik und Gesetze im Gebäude- und Quartiersbestand 2.1 Gesetzliche Vorgaben und Förderrichtlinien 2.1.1 Gebäudeenergiengesetz (GEG) 2.1.2 KfW-Förderungsrichtlinien Niedrigenergiehäuser 2.1.3 Solarpflicht 2.1.4 Gesetz zur Aufteilung der Kohlendioxidkosten (CO2KostAufG) 2.2 Gebäudebestand 2.3 Niedrigstenergiegebäude im Markt der MFH 2.3.1 Geometrische Kennzahlen und baulicher Wärmeschutz 2.3.2 Technische Ausstattung 2.3.3 Energetische Betrachtung 2.4 Einfluss des Nutzerverhaltens auf den Heizwärmeverbrauch 2.5 Energetische Quartierskonzepte 2.5.1 Wärme im Quartier - 5GDHC 2.5.2 Strom im Quartier 2.5.3 Fazit und Hemmnisse von Quartierskonzepten für Wärme- und Stromeigenversorgung 2.6 Warmwasserbehandlung 2.6.1 Grundlagen solarer Nutzwassererwärmung im Mehrfamilienhaus 2.6.2 Warmwasserbereitstellung im Mehrfamilienhaus 3 Mietmodelle 3.1 Energielieferungen in Vermietungsmodellen 3.1.1 Beschreibung des Status Quo 3.1.2 Gesetzeskarte für Energiedienstleistungen 3.1.3 Mieterstrommodelle 3.1.4 Bestehende Pauschal- und Teilinklusivmieten 3.2 Neue Modelle der Pauschalmiete und Variationen 3.2.1 Varianten pauschaler Abrechnung 3.2.2 Wünschenswerte rechtliche Änderungen 3.3 Wirtschaftlichkeitsvergleich der Pauschalmiete 3.3.1 Ermittlung der Eingabewerte 3.3.2 Ergebnisse aus Vermietersicht 3.3.3 Ergebnisse aus Mietersicht 3.4 Mögliche Einsatzbereiche von Pauschalmieten 3.4.1 Variation des Gebäudestandards und der Anlagennutzungsdauer 3.4.2 Variation der Fördermittel und der CO2-Steuer 3.4.3 Variation Energiepreis 3.4.4 Variation der Anzahl der Wohneinheiten 3.5 Vergleich der gemessenen Daten in Bezug auf die betrachteten Mietmodell 3.6 Vernetzung im Quartier 3.7 Fazit 4 Simulationsgestützte Analysen 4.1 Matlab/Simulink Modell von Gebäude und Quartier 4.2 Potentiale wärmeseitige Quartiersvernetzung 4.3 Potentiale stromseitige Quartiersvernetzung 4.4 Standortvergleich 4.5 Ökobilanzierung 4.6 Anlagendimensionierungen 5 Monitoring 5.1 Kenndaten und Gebäudekonzept 5.2 Installierte Messtechnik 5.3 Messwerterfassung 5.4 Wetterdaten 5.5 Speicherverluste 5.6 Kennzahlen 6 Energetische Bewertungen 6.1 Fehleranalyse und Vorschläge zur Systemoptimierung 6.1.1 Akku- und Wechselrichterausfall 6.1.2 Eigenzirkulation im ST-Kreislauf 6.1.3 Hydraulischer Abgleich der Teilfelder ST 6.1.4 Nahwärmeauskopplung 6.1.5 Thermostateinstellung und Umstellungen des Heiz- und Kühlmodus 6.1.6 Einspeisung ST-Ertrag in Speicher 6.1.7 Zirkulationsverluste und Auslegung Frischwasserstation 6.1.8 Klimatisierung Technikräume 6.2 Elektrische Energiebilanz - Gebäude und Einzelkomponenten 6.2.1 Allgemeine Energiebilanzen - Strom 6.2.2 PV-Anlagen 6.2.3 Haushaltsstromverbrauch 6.2.4 Hilfsstromverbrauch 6.2.5 Akkuspeicher 6.2.6 Quartiersvernetzung 6.3 Wärmebilanz - Gebäude und Einzelwohnungen 6.3.1 Allgemeine Energiebilanzen - Wärme 6.3.2 Einfluss Mieter und Thermostateinstellung auf Raumtemperatur und Heizwärmebedarf 6.3.3 Einfluss der Globalstrahlung auf den Heizwärmeverbrauch 6.3.4 Solarthermieanlage 6.3.5 Vergleich Solarthermie- und PV-Anlage 6.3.6 Gasbrennwerttherme und Warmwasserbereitung 6.3.7 Betrachtungen des Wärmespeichers 6.3.8 Gebäude- und Wohnraumkühlung und -heizung 6.3.9 Quartiersvernetzung 6.4 Soziologische Befragungen 6.4.1 Bewertung der Wohnungen 6.4.2 Bewertung des Energiekonzepts 6.4.3 All-Inclusive-Miete 6.4.4 Einstellung zur Mobilität 6.4.5 Selbsteinschätzung des Energieverbrauchsverhalten 6.4.6 Geräteausstattung 6.4.7 Fazit 7 Fazit und Ausblick Literaturverzeichnis Anhang

Die Solarstromerzeugung mit Photovoltaikmodulen entwickelt sich zu einer wesentlichen Säule der Energieversorgung. Dabei kann die Integration der Module in die Gebäudehülle die Nachhaltigkeit der Systeme verbessern und neue Anwendungen in der Architektur erschließen. Die vorliegende Arbeit untersucht die bautechnischen Anforderungen, die sich bei der gebäudeintegrierten Verwendung von Photovoltaikmodulen im Hinblick auf die Sicherheit von Bauteilen aus Glas ergeben. Diese Anforderungen betreffen die materielle Zusammensetzung als Bauprodukt, die Konstruktionsweise und die zu erbringenden Nachweise. Die alleinige Produktqualifizierung nach der elektrotechnischen Normung und die üblichen Qualitätssicherungsmaßnahmen in der Modulproduktion bieten hierfür keine hinreichende Grundlage, da sie keine charakteristischen Materialkennwerte liefern. Infolgedessen bedarf die Integration von Photovoltaikmodulen in die Gebäudehülle in vielen Fällen gesonderter Zustimmungs- oder Zulassungsverfahren. Resttragfähigkeitsprüfungen an Glas-Glas-Photovoltaikmodulen verfolgten das Ziel, die mechanischen Sicherheitseigenschaften gängiger Modulaufbauten im Vergleich zu Verbund-Sicherherheitsglas zu ermitteln. Auf der Grundlage der Ergebnisse lassen sich die untersuchten Aufbauten als mindestens gleichwertig beurteilen. Mit einer bauaufsichtlichen Einstufung geeigneter Modulaufbauten als Verbund-Sicherherheitsglas könnte sich der zusätzliche Nachweisaufwand für gebäudeintegrierte Photovoltaik erheblich reduzieren. Im Vierpunkt-Biegeversuch wurde der Einfluss der Glasbeschichtung mit Dünnschichtsolarzellen auf die Festigkeit der verwendeten Gläser analysiert. Die für eine praktikable Qualitätssicherung durch die Hersteller wünschenswerte Prüfung im Fertigungsformat der Module erforderte eine Modifikation der Probengeometrie. Numerische Berechnungen konnten die Anwendbarkeit des Prüf- und Auswertungsverfahrens auf die vergrößerte Probenbreite nachweisen. Bei beiden untersuchten Dünnschichttechnologien ließ sich die Randentschichtung als Ursache für eine leichte Reduzierung der Biegezugfestigkeit identifizieren. Dabei blieben Mindestwerte für das Basisprodukt Floatglas eingehalten. Die Arbeit leistet einen Beitrag zum Nachweis der mechanischen Leistungseigenschaften von Photovoltaikmodulen, die für den Einsatz als Bauprodukt erforderlich sind. Darüber hinaus können die entwickelten Empfehlungen für die photovoltaikspezifischen Entwurfs- und Planungsaufgaben einen ganzheitlichen und interdisziplinären Planungs- und Bauablauf erleichtern. / Solar electricity produced by photovoltaic systems will play a major role in future energy supply systems. Integrating photovoltaic modules into the envelopes of buildings can improve the sustainability of these systems and stimulate new architectural applications. This thesis investigates the structural requirements related to building-integrated photovoltaic modules with regard to the structural safety of architectural glazing components. These requirements apply to the materials used, the structural design and the verification procedures. Neither type approval according to the electrical engineering standards nor customary quality control in module production provides characteristic material properties. Therefore, these standards are not sufficient to determine and declare the performance of a construction product. As a result, building-integrated photovoltaic modules require individual approval in many cases. Residual strength testing of glass-glass photovoltaic modules was carried out with the aim of determining the mechanical safety properties of common module configurations in comparison with laminated safety glass. Based on the results, the configurations tested can be evaluated to provide an equivalent safety level. The classification of suitable module configurations as laminated safety glass in the building codes could significantly reduce the need for additional testing and approval, and thus facilitate the use of building-integrated photovoltaics. The influence of photovoltaic thin-film coatings on the bending strength of the float glass used as a substrate or superstrate was analysed by applying four-point bending tests. As the direct use of full-size photovoltaic-coated glass sheets as samples would simplify quality control by the manufacturers, the dimensions of the specimens were modified with respect to the existing testing standard. Numerical calculations demonstrated the applicability of the test and evaluation procedures when the larger specimen width was used. For both types of investigated thin-film PV technology, edge ablation was determined to cause a slight reduction in the bending strength. The specimens tested still met the minimum values for float glass. The thesis contributes to knowledge on the mechanical performance of photovoltaic modules that are required for use as construction products. In addition, recommendations on the specific design and planning tasks for building-integrated photovoltaics were developed to promote a holistic and interdisciplinary planning and construction process.

Die Solarstromerzeugung mit Photovoltaikmodulen entwickelt sich zu einer wesentlichen Säule der Energieversorgung. Dabei kann die Integration der Module in die Gebäudehülle die Nachhaltigkeit der Systeme verbessern und neue Anwendungen in der Architektur erschließen. Die vorliegende Arbeit untersucht die bautechnischen Anforderungen, die sich bei der gebäudeintegrierten Verwendung von Photovoltaikmodulen im Hinblick auf die Sicherheit von Bauteilen aus Glas ergeben. Diese Anforderungen betreffen die materielle Zusammensetzung als Bauprodukt, die Konstruktionsweise und die zu erbringenden Nachweise. Die alleinige Produktqualifizierung nach der elektrotechnischen Normung und die üblichen Qualitätssicherungsmaßnahmen in der Modulproduktion bieten hierfür keine hinreichende Grundlage, da sie keine charakteristischen Materialkennwerte liefern. Infolgedessen bedarf die Integration von Photovoltaikmodulen in die Gebäudehülle in vielen Fällen gesonderter Zustimmungs- oder Zulassungsverfahren. Resttragfähigkeitsprüfungen an Glas-Glas-Photovoltaikmodulen verfolgten das Ziel, die mechanischen Sicherheitseigenschaften gängiger Modulaufbauten im Vergleich zu Verbund-Sicherherheitsglas zu ermitteln. Auf der Grundlage der Ergebnisse lassen sich die untersuchten Aufbauten als mindestens gleichwertig beurteilen. Mit einer bauaufsichtlichen Einstufung geeigneter Modulaufbauten als Verbund-Sicherherheitsglas könnte sich der zusätzliche Nachweisaufwand für gebäudeintegrierte Photovoltaik erheblich reduzieren. Im Vierpunkt-Biegeversuch wurde der Einfluss der Glasbeschichtung mit Dünnschichtsolarzellen auf die Festigkeit der verwendeten Gläser analysiert. Die für eine praktikable Qualitätssicherung durch die Hersteller wünschenswerte Prüfung im Fertigungsformat der Module erforderte eine Modifikation der Probengeometrie. Numerische Berechnungen konnten die Anwendbarkeit des Prüf- und Auswertungsverfahrens auf die vergrößerte Probenbreite nachweisen. Bei beiden untersuchten Dünnschichttechnologien ließ sich die Randentschichtung als Ursache für eine leichte Reduzierung der Biegezugfestigkeit identifizieren. Dabei blieben Mindestwerte für das Basisprodukt Floatglas eingehalten. Die Arbeit leistet einen Beitrag zum Nachweis der mechanischen Leistungseigenschaften von Photovoltaikmodulen, die für den Einsatz als Bauprodukt erforderlich sind. Darüber hinaus können die entwickelten Empfehlungen für die photovoltaikspezifischen Entwurfs- und Planungsaufgaben einen ganzheitlichen und interdisziplinären Planungs- und Bauablauf erleichtern. / Solar electricity produced by photovoltaic systems will play a major role in future energy supply systems. Integrating photovoltaic modules into the envelopes of buildings can improve the sustainability of these systems and stimulate new architectural applications. This thesis investigates the structural requirements related to building-integrated photovoltaic modules with regard to the structural safety of architectural glazing components. These requirements apply to the materials used, the structural design and the verification procedures. Neither type approval according to the electrical engineering standards nor customary quality control in module production provides characteristic material properties. Therefore, these standards are not sufficient to determine and declare the performance of a construction product. As a result, building-integrated photovoltaic modules require individual approval in many cases. Residual strength testing of glass-glass photovoltaic modules was carried out with the aim of determining the mechanical safety properties of common module configurations in comparison with laminated safety glass. Based on the results, the configurations tested can be evaluated to provide an equivalent safety level. The classification of suitable module configurations as laminated safety glass in the building codes could significantly reduce the need for additional testing and approval, and thus facilitate the use of building-integrated photovoltaics. The influence of photovoltaic thin-film coatings on the bending strength of the float glass used as a substrate or superstrate was analysed by applying four-point bending tests. As the direct use of full-size photovoltaic-coated glass sheets as samples would simplify quality control by the manufacturers, the dimensions of the specimens were modified with respect to the existing testing standard. Numerical calculations demonstrated the applicability of the test and evaluation procedures when the larger specimen width was used. For both types of investigated thin-film PV technology, edge ablation was determined to cause a slight reduction in the bending strength. The specimens tested still met the minimum values for float glass. The thesis contributes to knowledge on the mechanical performance of photovoltaic modules that are required for use as construction products. In addition, recommendations on the specific design and planning tasks for building-integrated photovoltaics were developed to promote a holistic and interdisciplinary planning and construction process.

Die Erzeugung von Strom aus Sonnenenergie ist ein bedeutender Pfeiler der Energiewende. Durch große Freiflächenanlagen entsteht jedoch ein Flächennutzungskonflikt. Aufgrund der gleichzeitigen Nutzung einer Fläche für die Landwirtschaft und die Solarstromproduktion leistet die Agri-Photovoltaik einen Beitrag, diese Konkurrenzsituation zu entschärfen. Die vorliegende Schriftenreihe stellt den Stand des Wissens zu dieser jungen und innovatioven Technologie dar. Die Veröffentlichung richtet sich an Landwirte und Planer, aber auch an Genehmigungsbehörden und wissenschaftliche Einrichtungen. Redaktionsschluss: 11.01.2021

Silber-Glas-Dispersionen werden in der Herstellung von Solarzellen zur Ausbildung des Vorderseitenkontaktes großtechnisch seit vielen Jahren eingesetzt. Nichtsdestotrotz ist der Kontaktbildungsmechanismus bis jetzt nicht vollständig verstanden. In dieser Arbeit wurden Lösungs-, Transport- und Ausscheidungsprozesse von silberhaltigen Glasschmelzen in Silber-Glas-Dispersionen während der thermischen Kontaktierung von multikristallinem Silicium untersucht. Hierfür wurden systematisch Änderungen in der Zusammensetzung der Silber-Glas-Dispersionen sowie der hierfür verwendeten Gläser durch geführt, um Einzeleffekte zu separieren. Die Gläser wurden mit Silber zu Modelldispersionen verarbeitet und auf Siliciumwafer zu Herstellung von Solarzellen mittels Siebdruck abgeschieden und eingebrannt. Sowohl die Einzelkomponenten als auch die hergestellten Dispersionen wurden hinsichtlich ihrer thermisch aktivierten, linearen Schwindung untersucht. Die hergestellten Solarzellen wurden elektrisch sowie mittels FESEM in ihrer Mikrostruktur charakterisiert. Es konnten Zusammenhänge zwischen diesen Untersuchungen hinsichtlich der Silberlösung im Glas unter Oxidation, dem Silbertransport im Glas mittels Diffusion oder Konvektion sowie der Silberausscheidung unter Reduktion an der Waferoberfläche hergestellt und Einzeleffekte für den Silbertransport während des Einbrandes von Solarzellen identifiziert werden.