Funktion und Design im Einklang - Wacker Chemie AG


Funktion und Design im Einklang

Das Bremer Weser-Stadion wird zu einer modernen Fußballarena umgebaut. Technisches Highlight ist eine große Photovoltaik-Anlage. Mit einem Teil dieser Anlage, dem halbdurchsichtigen Innenring des Daches, betritt der Stadionbetreiber architektonisches Neuland – und gibt ein deutliches Signal für die Nutzung regenerativer Energiequellen. Unverzichtbare Komponente der attraktiv aussehenden Photovoltaikmodule: ein Silicongel von WACKER.

Ein neues architektonisches Gestaltungselement: die halbdurchsichtigen Photovoltaikmodule des Dachinnenrings (blau).

Atmosphäre im Stadion

Für den echten Fußballfan gibt es nichts Schöneres, als ein spannendes Spiel live mitzuerleben – keine noch so gute Fernsehübertragung kann die brodelnde Hexenkessel-Atmosphäre auf den Rängen, das gemeinschaftliche Mitfiebern und die sich in Begeisterungsstürmen entladende Spannung ersetzen. Im Stadion sind die Fans mehr als bloße Zuschauer: Sie werden für die angefeuerte Mannschaft zum zwölften Spieler.

Das klassische Mehrzweckstadion mit Kampfbahncharakter – in der Mitte die Rasenfläche, umgeben von einer Laufbahn, ringsum im Oval angeordnete und spartanisch ausgestattete Zuschauertribünen – genügt allerdings den Ansprüchen der Fußballfans längst nicht mehr. Im Trend liegen reine Fußballstadien. Sie schaffen die größtmögliche Nähe zum Spielgeschehen und garantieren die ersehnte Atmosphäre.

Ein Umbau für die Zukunft

Gegenwärtig wird das traditionsreiche Bremer Weser-Stadion zu solch einem Fußballtempel umgebaut. Der Betreiber kommt damit nicht nur den Erwartungen der Fußballfreunde entgegen, sondern will zugleich ein positives Signal für eine zukunftsweisende Energieversorgung setzen. Die Spielstätte des Bundesligisten Werder Bremen erhält eine große Photovoltaik-Anlage, die sich harmonisch in das Baukonzept einfügt.

Silicone

Silicone – genauer: vernetzte Silicone – zeichnen sich durch ein Eigenschaftsprofil aus, das sie für ein breites Spektrum von Anwendungen interessant macht. Sowohl Siliconelastomere als auch die weniger stark vernetzten Silicongele sind bis mindestens 180 °C dauerhaft stabil. Sie nehmen kein Wasser auf, besitzen eine stark wasserabweisende Oberfläche, sind elektrische Isolatoren und dämpfen mechanische Schwingungen. Für viele Anwendungen erweist sich als besonders vorteilhaft, dass die physikalischen und technischen Eigenschaften der Siliconelastomere und -gele in einem großen Temperaturbereich (zwischen –45 und +180 °C) unverändert bleiben; selbst anhaltende thermische und mechanische Belastungen – auch unter Sauerstoff-, Ozon- und UV-Einwirkung – führen nicht zur Alterung. Hierin unterscheiden sie sich von allen organischen Elastomeren. Zudem greifen Silicone keine anderen Materialien an. Dieses Eigenschaftsprofil lässt sich auch bei der Herstellung von Photovoltaikmodulen vorteilhaft nutzen, besonders im Hinblick auf die Langlebigkeit.

Ein Highlight ist dabei der innere ringförmige Bereich des neuen Daches. Hier sind leichte, halbdurchsichtige Photovoltaikmodule in die Dachkonstruktion integriert. Sie verleihen dem Dach eine besondere Eleganz und schaffen optisch den Übergang vom undurchsichtigen hinteren Bereich des Daches zur nicht überdachten Spielfläche. Als essenzieller Bestandteil der außergewöhnlichen Photovoltaikmodule sorgt ein Silicongel von WACKER für den dauerhaften Schutz der empfindlichen Solarzellen – damit der Dachinnenring auch in vielen Jahren noch Strom ins Netz einspeist.

Weser-Stadion: Vorreiter beim Solarstrom

Aus der Luft betrachtet, wird das umgebaute Weser-Stadion im Außenbereich seine Ovalform behalten; auch die Flutlichtmasten mit ihren schlanken Betonpfeiler-Paaren – ein weithin sichtbares Wahrzeichen – bleiben erhalten. Neu gebaut werden ein umlaufender Fassadenmantel, der die existierenden modernen Bürotürme der Nordgeraden einbezieht, der Tribünenbereich und das Dach. Das Stadion präsentiert sich damit als homogenes Bauwerk.

Die Tribünen sind zukünftig in Rechteckform um das „heilige Grün“ angeordnet – aus der Ost- und Westkurve im Bereich hinter den Toren werden Geraden, die Tribünen rücken dicht an die Rasenfläche heran. Das Dach sitzt etwas höher als bisher und scheint fast über der Stadionschüssel zu schweben. Hinzu kommen eine Infrastruktur, die höchsten Ansprüchen genügt, und ein innovatives Energiekonzept.

Der südliche und östliche Teil der Außenfassade sowie die gesamte Dachfläche der umgebauten Arena werden zur photovoltaischen Stromerzeugung genutzt – insgesamt ist das eine Fläche von fast zwei Fußballfeldern. Die Anlage mit ihren insgesamt knapp 200.000 Solarzellen verfügt über eine Nennleistung von über 1 Megawatt und wird jährlich etwa 750.000 Kilowattstunden ins Netz einspeisen. Damit vermeidet sie pro Jahr die Emission von mehr als 400 Tonnen Kohlendioxid. Für die Sportwelt markiert die Photovoltaik-Anlage einen Rekord: Deutschlandweit verfügt derzeit keine Sportarena über eine größere – das Weser-Stadion nimmt den Spitzenplatz ein.

Kunststoffmodule: leicht und flexibel im Design

Mit einer Nennleistung von 250 bis 300 Kilowatt liefert der Dach-Innenring – nach Fertigstellung der geplanten drei Bauabschnitte – knapp ein Viertel des Stroms, den die Gesamtanlage erzeugt. Die im Innenring montierten Module erzeugen aber nicht nur Strom. Sie übernehmen zusätzlich die Funktion einer herkömmlichen Dachverglasung, sind also für jeden Besucher sichtbar. Die für den Stadionumbau verantwortlichen Architekten nutzen sie gezielt als ein neuartiges Gestaltungselement. „Damit demonstriert Werder Bremen unmissverständlich sein Engagement für den Solarstrom“, sagt Prof. Andreas Wöll, Geschäftsführer der im unterfränkischen Elsenfeld ansässigen SUNOVATION GmbH. Sein Unternehmen stellt die attraktiv aussehenden Module für den Innenring her.

Prof. Andreas Wöll, Geschäftsführer SUNOVATION GmbH, mit einem Modul für den Dachinnenring.

Den Planern und Architekten war schnell klar, dass sich herkömmliche Glas-Glas-Module – Photovoltaikmodule, deren Front- und Trägerplatte aus Glas bestehen – aus Gewichtsgründen für den Dach-Innenring nicht eignen. Die neue Dachkonstruktion setzt auf die bestehende alte Beton-Unterkonstruktion auf, die in ihrer Tragfähigkeit beschränkt ist. Zugleich steht das neue Dach jedoch weit ins Innere des Stadions über – sehr viel weiter als das alte – und stellt deshalb eine erhebliche statische Belastung dar. Deshalb müssen die Module für den Dach-Innenring möglichst leicht sein. „Das mit der Planung des Stadionumbaus beauftragte Büro entschied sich für unsere SUNOVATION®-Module, in denen die Solarzellen dauerelastisch zwischen zwei Platten aus einem hochwertigen transparenten Kunststoff verkapselt sind“, so Prof. Wöll. „Mit diesen individuell gefertigten Modulen können wir die statischen Vorgaben erfüllen und den hohen Anforderungen an ihr Aussehen genügen.“ Als Kunststoffe verwendet der Modulhersteller Makrolon® (Polycarbonat) oder Plexiglas® (Polymethylmethacrylat) – je nach den Anforderungen, denen die Module im Einsatz genügen müssen. Der Modultyp SUNOVATION® ist jüngst von pro k, dem Industrieverband Halbzeuge und Konsumprodukte aus Kunststoff, als Produkt des Jahres 2009 ausgezeichnet worden.

Makrolon® für den Dach-Innenring

Beim Projekt Dach-Innenring fiel die Wahl auf Makrolon® – ein glasklares, formbeständiges, steifes und schlagzähes Material, aus dem beispielsweise CD- und DVD-Rohlinge und Flugzeugfenster hergestellt werden; auch die Dachverglasung des Kölner Hauptbahnhofs besteht aus Makrolon®. Eine steife und dennoch leichte Doppelstegplatte aus diesem hochwertigen Werkstoff dient in den Dach-Innenring-Modulen als Trägerplatte, eine ebenfalls aus Makrolon® bestehende Vollplatte bildet die Abdeckung zur Wetterseite. Im Ergebnis sind die Module nicht einmal halb so schwer wie ein vergleichbares Glas-Glas-Modul.

Silicongel

In einem Silicongel sind die einzelnen Polymermoleküle unter­ einander zu einem lockeren, weitmaschigen Netzwerk verbunden – die Siliconketten, die zwischen zwei Vernetzungspunkten liegen, bleiben beweglich und können ausweichen, wenn sie auf eine harte Oberfläche stoßen. Das macht Silicone außergewöhnlich nachgiebig und flexibel. In Zahlen ausgedrückt: Ihr Elastizitätsmodul – das Maß für die Nachgiebigkeit eines elastischen Materials – liegt bei etwa 0,005 Megapascal; ein gewöhnliches Siliconelastomer hat dagegen einen Elastizitätsmodul zwischen 1 und 10 Megapascal. Je kleiner der Wert, desto nachgiebiger ist das Material und um so besser kann es mechanische Spannungen abbauen.

Weil sie elastisch und nachgiebig sind, eine Sperre für Feuchtigkeit schaffen, Halbleitermaterialien chemisch nicht angreifen und sich durch eine silicontypische Stabilität auszeichnen (siehe Kasten SILICONE auf S. 11), werden Silicongele zum Vergießen von elektronischen Chipbausteinen und Solarzellen genutzt. Sie schützen die empfindlichen Bauteile dauerhaft vor mechanischen Beschädigungen, verhindern Kriechströme und Kurzschlüsse und schaffen eine nichtkorrosive Umgebung.

Ein Silicongel entsteht durch Vulkanisation aus einer Silicon­ formulierung, die – anders als ein klassischer Siliconkautschuk – keine Füllstoffe enthält. Auch diese verarbeitungsfähige, noch unvernetzte Form des Gels wird als Silicongel bezeichnet.

Erfolgsgeheimnis: ein Silicongel

Für die Umwandlung des Sonnenlichts in elektrische Energie sorgen im Dach-Innenring Solarzellen aus monokristallinem Silicium. Sie liegen gut verpackt im Innern der Module. Der lichtdurchlässige Zwischenraum zwischen den undurchsichtigen Solarzellen kann nahezu beliebig gewählt werden – wie vom Bauherrn oder Architekten gewünscht; auf diese Weise lässt sich der Transparenzgrad der Kunststoffmodule einstellen.

Bei der Herstellung der Module sind Sorgfalt und Know-how gefordert.

Das Fertigungsverfahren umfasst mehrere Schritte. Zunächst werden die einzelnen Solarzellen auf der Trägerplatte fixiert und mit dünnen Kontaktbändern elektrisch in Reihe geschaltet. Dann werden Träger- und Deckplatte zu einer sandwichartigen Struktur zusammengefügt. Dies geschieht mit Hilfe eines speziellen dauerelastischen Klebestreifens, der am Rand der Platten verläuft und das Sandwich abdichtet. Anschließend wird das Sandwich mit einem flüssigen Silicongel vergossen – ein kniffliger Prozess, der großes Know-how erfordert. Besondere Sorgfalt verwenden die SUNOVATION-Mitarbeiter darauf, einen blasenfreien Verguss zu erreichen. Ist das Silicon ausgehärtet, wird das Modul geprüft und verpackt. Der Verguss der Solarzellen ist unbedingt notwendig: Die Vergussmasse schützt die empfindlichen Solarzellen vor mechanischen und chemischen Einwirkungen und sorgt für ihre elektrische Isolierung. Silicone sind wegen ihrer chemischen, physikalischen und technischen Eigenschaften für diese Anwendung prädestiniert – sie tragen erheblich zu einer hohen Qualität und Lebensdauer der Module bei.

Silicongele für hohe Beständigkeit

„Den bestmöglichen Schutz bieten Silicongele“, sagt DRAWIN-Fachverkäufer Hermann Maier, der SUNOVATION seit Jahren als einen wichtigen Kunden betreut. Die DRAWIN Vertriebs-GmbH ist eine hundert-prozentige WACKER-Tochter, die als Vertriebspartner des Geschäftsbereichs WACKER SILICONES agiert. „Ein Silicongel härtet zu einer elastischen, zugleich aber hochflexiblen und nachgiebigen Masse aus. Deshalb eignen sich Silicongele hervorragend, um mechanische Spannungen in Werkstoffverbünden abzubauen.“ Als Vergussmasse verhindert ein Silicongel, dass das Modul bei stärkeren Temperaturänderungen infolge einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Verbund-Komponenten zerstört wird. Eingepackt in das glasklare, vulkanisierte Gel überstehen die zerbrechlichen Solarzellen auch ein Verbiegen der Module. So wird sogar die Produktion gebogener Kunststoffmodule möglich, wie sie etwa für die Dächer von Bushaltestellen und Solarbooten benötigt werden.

„Wir haben verschiedene Vergussmassen getestet. Die besten Ergebnisse erzielten wir mit dem Silicongel von WACKER.“

Prof. Andreas Wöll Geschäftsführer SUNOVATION GmbH
Leichtbau par excellence: ein SUNOVATION®-Modul.

SUNOVATION setzt ein zweikomponentiges additionsvernetzendes Silicongel aus der Produktreihe WACKER SilGel® ein. Das Gel lässt sich gut vergießen; unter den vernetzenden Siliconprodukten gilt es als „sehr dünnflüssig“ – in seiner Fließfähigkeit liegt das frisch gemischte, unvernetzte Gel zwischen Olivenöl und dünnflüssigem Honig. Bei Raumtemperatur bildet sich allmählich das vulkanisierte Gel, nach etwa acht Stunden ist das Gel ausgehärtet.

Der erste Bauabschnitt des Dach-Innenrings ist bereits fertiggestellt und liefert Solarstrom. Im Hintergrund: die bekannten Flutlichtmasten des Weser-Stadions.

Gefragt ist nicht nur hohe Produktqualität

Der unterfränkische Modulhersteller hat sich bewusst für das WACKER-Produkt entschieden: „Vor über zehn Jahren haben wir im Rahmen der Technologieentwicklung Machbarkeitsstudien durchgeführt und dabei auch verschiedene Vergussmassen getestet. Die besten Ergebnisse erzielten wir mit dem Silicongel von WACKER, das wir seitdem erfolgreich in unseren Modulen einsetzen“, sagt Prof. Wöll, der auch die Zusammenarbeit mit DRAWIN und Dr. Christian Ochs vom Business Team Industrial Solutions von WACKER SILICONES lobt. „Bei allen Fragen rund um Siliconprodukte haben wir stets schnell und unbürokratisch Rat bekommen. Besonders hilfreich ist für uns der technische Support, den uns die Anwendungstechnik von WACKER SILICONES bietet.“

Mit den halbdurchsichtigen Photovoltaikmodulen für den Dach-Innenring des Weser-Stadions realisiert der unterfränkische Modulhersteller ein Projekt, das Vorbildcharakter für andere Sportarenen haben wird. In Bremen jedenfalls stehen jetzt schon zwei Sieger fest: die Umwelt – die ersten fertiggestellten Abschnitte des Dach-Innenrings speisen bereits Strom ins Netz ein – und die Fans von Werder Bremen, die im Weser-Stadion die lang ersehnte echte Hexenkessel-Atmosphäre erleben.