Studie: Höhere Photovoltaikerträge durch Kombination mit dem Gründach
Die Ausgangsleistung von Photovoltaikanlagen lässt sich durch die Kombination mit einem Gründach um bis zu acht Prozent steigern. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie, in der Wilhelm Oswald, Projektmanager bei Polarstern, und die Wilhelm Büchner Hochschule die Auswirkungen von Gründachanlagen auf den Energieertrag von Photovoltaikanlagen untersucht haben. Gründächer senken durch die Bepflanzung die Umgebungstemperatur, absorbieren Feinstaub und verbessern auch bei indirekter Sonneneinstrahlung die Solarstromerzeugung.
Grundsätzlich sind urbane Räume anfälliger für Wärmebelastungen als ländlich geprägte Gebiete, weil sich versiegelte Flächen stärker aufheizen als unversiegelte Flächen. Der Grad der Oberflächenerwärmung hängt jeweils vom eingesetzten Material und dessen stoffspezifischem Reflexionsvermögen ab. Konkreten Aufschluss über die Rückstrahlfähigkeit einer Oberfläche gibt der Albedo-Wert, der umso größer ist, je mehr auftreffende Strahlung reflektiert wird.
Kies- oder Bitumendächer können unter Sonneneinstrahlung hohe Oberflächentemperaturen von bis zu 90°C erreichen. Große Hitze schmälert die Leistung von Solarzellen, deren Umgebungstemperatur bei Testbedingungen 25°C beträgt. Bei der Mehrzahl der Solarzellentechnologien sinkt mit steigender Temperatur die Ausgangsleistung von Photovoltaikmodulen.
Für Abhilfe sorgen kann ein Gründach, das dank seiner niedrigeren Oberflächentemperatur die Temperaturverluste der Photovoltaikanlage reduzieren kann. Für diesen Kühlungseffekt ist die Evapotranspiration der Pflanzen maßgeblich, die in der Meteorologie die Gesamtverdunstung von einer natürlich bewachsenen Bodenoberfläche bezeichnet. Die Evapotranspiration setzt sich aus aus der direkten Verdunstung von Wasser von Boden- und Wasseroberflächen (Evaporation) und der Abgabe von Wasser in Form von Wasserdampf aus der Tier- und Pflanzenwelt (Transpiration) zusammen.
Durch die Verdunstung über das Blattwerk und den Schattenwurf sowie durch die Lichtabsorption zur Photosynthese senken Gründächer die Umgebungstemperatur auf dem Dach und damit die Zell- und Modultemperatur. Dadurch verbessert sich die Ausgangsleistung der Solarmodule laut Studie um durchschnittlich 4,3 Prozent. Je nach Technik und Region kann sich die Ausgangsleistung um bis zu acht Prozent erhöhen. Ein entscheidender Parameter ist dabei der Abstand zwischen der Photovoltaikanlage und dem Gründach.
Zu den klimatischen Herausforderungen durch hohe Temperaturen kommt im innerstädtischen Bereich eine erhöhte Feinstaubkonzentration hinzu. Staubablagerungen auf Photovoltaikanlagen führen zu schlechtem Reflexionsverhalten und somit zu einer geringeren Ausgangsleistung. Untersuchungen zufolge belaufen sich die staubbedingten Energieertragseinbußen in urbanen Regionen auf bis zu 30 Prozent. Pflanzen können den Staub aufnehmen, der von den Modulen herunter gewaschen wird. Je größer die Blattfläche und die Resistenz der Pflanzen gegenüber Staub ist, umso stärker ist dieser Effekt.
Die Pflanzen des Gründachs wirken wie ein passiver Luftfilter, der den Staub durch Ablagerung auf den Pflanzen bindet. Ein Quadratmeter Gründach kann schätzungsweise zwei Kilo Feinstaub binden.
Ein weiterer Vorteil des Gründachs resultiert aus der Reflexionsfähigkeit der Pflanzen. Da die Blätter Licht reflektieren, das nicht direkt auf die Photovoltaikmodule trifft, erhöht sich dadurch der Anteil der nutzbaren Strahlung des Sonnenspektrums. Diese diffuse Reflexion bewirkt eine höhere Schwachlichtstrahlung, die vor allem bei Dünnschichtmodulen zu einer Steigerung der Erträge führen kann. Den Feldstudien zufolge lässt sich die Einstrahlung mit einem Gründach im Vergleich zu einem Kiesdach um bis zu 32 Prozent erhöhen.
