Dachbegrünung erhöht Erträge der Photovoltaik

Solaranlage auf einem mit Sedum begrünten Dach

Dank des Kühleffektes einer Dachbegrünung erhöht sich die Leistung der Solarmodule um etwa 4 %, so das Ergebnis der ZinCo Messreihen.

Große Solaranlage auf dem Dach des InCenters

Dank der Dachbegrünung auf dem InCenter in Landsberg/Lech erwirtschaftet die dortige Solaranlage pro Jahr etwa 14.000 Euro mehr.

Messanlage auf dem Versuchsdach

Die Messanlage auf dem Versuchsdach: im Vordergrund die Module 1 und 2 auf der Bitumenabdichtung, im Hintergrund das Modul 3 auf der Dachbegrünung. Daneben die Wetterstation zur Messung der Lufttemperatur.

Messwerte-Kurven

Die Temperaturkurven verdeutlichen, dass die Temperatur des Moduls 3 über der Dachbegrünung stets nahe an der Lufttemperatur bleibt, wogegen die Module über der Bitumenabdichtung deutlich wärmer werden (Messwerte vom 06.07.2009)

Messwerte-Kurven

Die Auswertung über ein ganzes Jahr ergibt im Durchschnitt eine Differenz von etwa 8 K zwischen der Temperatur des Moduls 3 im Vergleich zu den Modulen über Bitumen (Messwerte von 2010). Daraus errechnet sich eine Leistungssteigerung von etwa 4 %.

Inzwischen ist vielfach bekannt, dass die Kombination von Dachbegrünung und Photovoltaik zahlreiche Synergieeffekte mit sich bringt: so dient das Gewicht der Begrünung als statische Auflast zur Verankerung der Solarmodule. Diese Bauweise ermöglicht eine flächige Lastverteilung und vermeidet Punktlasten, wie sie bei Betonteilen zur Verankerung entstehen würden. Betonteile wären zudem viel aufwändiger auf die Dachfläche zu transportieren, das Dachsubstrat hingegen kann effizient aufgeblasen werden.

Darüber hinaus stand eine gewisse Ertragssteigerung der Photovoltaikanlage durch einen bislang nicht bezifferbaren Kühleffekt der Dachbegrünung im Raum. ZinCo hat den Beweis angetreten und durch eine eigene Versuchsanlage über den Zeitraum von drei Jahren diesen Effekt nun mit Zahlen belegt.

Einflussfaktor Temperatur

Solarmodule sind elektrische Bauteile, bei denen die Leistung mit steigender Temperatur abnimmt, da der elektrische Widerstand steigt. Die normierte Leistung eines Solarmoduls wird vom Hersteller auf 1000 Watt/m² Sonneneinstrahlung bei 25 °C Zelltemperatur sowie AirMass 1,5 bezogen und als Maximalleistung (Peak-Leistung) in Watt Peak (Wp) angegeben. Dieses international angewandte Prüfverfahren nennt sich standard-test-condition (STC). Dies entspricht den Klimaverhältnissen eines Frühsommertages in Deutschland bei strahlendem Sonnenschein. Der sogenannte Temperatur-Koeffizient  für die Leistung gibt nun an, wie sich die Leistung ändert pro Kelvin Abweichung von der Standard-Test-Temperatur von 25 °C. Dieser Koeffizient ist produktabhängig und liegt in einer Größenordnung von etwa 0,5 %/K.

Das bedeutet zum Beispiel: ein auf 65 °C erhitztes Solarmodul, dessen Maximalleistung bei 200 Wp liegt, wird 0,5 %/K × 40 K = 20 % weniger Leistung erbringen. Es werden also lediglich 200 W – 20 % = 160 W Strom erzeugt.

Kernfrage für ZinCo lautete nun: Wie hoch sind in der Praxis diese Temperaturdifferenzen, das heißt, wie groß ist denn der tatsächliche Kühleffekt einer Dachbegrünung?

Der Versuchsaufbau

Um diese Fragen zu beantworten, hat ZinCo eine eigene Messanlage auf einem Versuchsdach errichtet und über drei Jahre hinweg kontinuierlich Messwerte ermittelt. Die Anlage besteht aus drei identischen Solarmodulen, aufgebaut am gleichen Standort, in gleicher Ausrichtung und gleichem Neigungswinkel: Modul 1 und 2 befinden sich über einer Bitumenabdichtung (auf einem niedrigen bzw. hohen Befestigungsrahmen). Modul 3 hingegen befindet sich über einer extensiven Dachbegrünung, montiert auf einem hohen Befestigungsrahmen.

Insgesamt 27 Sensoren messen laufend u.a. die Zelltemperatur an den Modulunterseiten. Eine Wetterstation misst parallel die vorhandene Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung.

Auf dieser Datenbasis können nach Belieben Temperaturdifferenzen ermittelt werden, bezogen auf einzelne Stunden, Tage, Monate oder Jahre im erfassten Zeitraum.

Ausmaß des Kühleffektes

Generell war festzustellen, dass die Temperatur des Moduls 3 über der Dachbegrünung am nächsten an der Lufttemperatur blieb, wogegen die Module über der Bitumenabdichtung deutlich wärmer wurden. Um das Ausmaß des Kühleffektes durch Dachbegrünung in Zahlen auszudrücken, wurden die Messwerte des Jahres 2010 zu Grunde gelegt. Ergebnis ist eine Differenz von durchschnittlich 8 K zwischen der Temperatur des Moduls 3 zu den Temperaturen der Module 1 und 2. Das heißt folglich: Bei einem Temperatur-Koeffizienten von 0,5 %/K erbringt das Solarmodul über einer Dachbegrünung eine höhere Leistung von 0,5 %/K x 8 K = 4 % im Vergleich zum Solarmodul über einer Bitumenabdichtung.

Grün zahlt sich aus!

Abhängig von der Größe einer Solaranlage wirken sich diese 4 % Leistungssteigerung finanziell ganz erheblich aus.

Betrachtet man Solaranlagen in der Dimension wie das InCenter in Landsberg/Lech, sieht die Rechnung wie folgt aus: Wäre keine Dachbegrünung vorhanden, würden nicht die tatsächlichen 800.000 kWh Strom pro Jahr produziert werden, sondern etwa 4 % entsprechend 32.000 kWh weniger. Gemäß der geltenden Einspeisevergütung aus dem Jahr 2008 ergäbe sich ein Betrag von 32.000 kWh × 0,4398 Euro/kWh = 14.073,60 Euro, der den Investoren jedes Jahr fehlen würde.

Bei einer Anlage in der Größenordnung von 14.000 kWh, wie bei der Fair Energie GmbH ebenfalls aus dem Jahr 2008, ergibt sich immerhin ein Ertragsgewinn von 560 kWh × 0,4675 Euro/kWh = 261,80 Euro jedes Jahr durch die Dachbegrünung.

Dank der ZinCo Messreihen ist es nun erstmals möglich, das Ausmaß des Kühleffektes durch eine Dachbegrünung auf die genannten etwa 8 K im Jahresdurchschnitt zu beziffern und die daraus resultierende Leistungssteigerung einer Solaranlage mit etwa 4 % anzugeben. Diese Zahlen beweisen: Grün zahlt sich aus!

Autor: Klaus Wölfl, Produktmanager Solar, ZinCo GmbH

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