In einer Welt, die mit großen Herausforderungen wie Bevölkerungswachstum, Verstädterung, hohem Energieverbrauch und Verlust der biologischen Vielfalt konfrontiert ist, ist es von entscheidender Bedeutung, nachhaltige Lösungen für die städtische Umwelt zu finden. Schätzungen zufolge wird die Weltbevölkerung bis 2050 auf 10 Milliarden Menschen anwachsen, mehr als 80 % der europäischen Bevölkerung werden in Städten leben, und der Energieverbrauch wird allein im Wohnungssektor zwischen 2012 und 2040 um 48 % steigen.
Wir müssen mit Hilfe intelligenter Technologien vor Ort Strom erzeugen, damit die Städte autonomer werden und weniger anfällig für Energiekrisen. Fotovoltaik-Paneele erfreuen sich aufgrund ihrer einfachen Implementierung und ihrer Unabhängigkeit von mikroklimatischen Schwankungen wachsender Beliebtheit bei der Planung von Gebäuden. Allerdings ist ihr Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen Systemen zur Erzeugung erneuerbarer Energien nach wie vor geringer (selbst mit den besten Technologien liegt er noch unter 30%). Andererseits kann es zu den so genannten “Wärmeinsel-Effekten” kommen, die in der Nähe von dunklen und starren Flächen auftreten, wenn alle Dächer ausschließlich mit Fotovoltaikanlagen ausgestattet werden.
Zahlreiche Forschungen werden mit dem Ziel durchgeführt, die Effizienz von Photovoltaikanlagen durch die Integration mit Dachbegrünungen zu erhöhen. So entsteht ein Gleichgewicht, wenn die Solarmodule mit Sedum, kleinen Sträuchern oder sogar Gemüse auf den Dächern kombiniert werden. Die Pflanzen kühlen die Luft hinter den Modulen durch den Prozess der Evapotranspiration.
Studien haben gezeigt, dass Biosolar-Dächer die Temperatur der PVOberfläche abkühlen können, was zu einer 5-15%igen Steigerung der Stromproduktion im Vergleich zu herkömmlichen Dächern führt. Abhängig von Faktoren wie Pflanzenarten, Dachleistung und Klimabedingungen können PV-Gründächer bis zu 8,3% zum Gesamtenergieverbrauch eines Gebäudes beitragen. Andererseits beschatten die Photovoltaikmodule die Vegetation und machen sie so widerstandsfähiger gegen Trockenheit. Die Kombination von Dachbegrünung und Photovoltaikmodulen hat nachweislich positive Auswirkungen auf die Albedo, die Systemleistung und die Eigenverbrauchsquote.
Die Vorteile der Kombination von PV-Anlagen mit Gründächern gehen über die Energieerzeugung hinaus. Bei einer in Sydney, Australien, durchgeführten Studie wurden über einen Zeitraum von acht Monaten herkömmliche PV-Solaranlagen mit PV-Dachbegrünungsanlagen verglichen. Zwei identische, nebeneinander liegende Bürogebäude in Sydneys Barangaroo boten den Solarforschern die perfekte Gelegenheit, die Leistung der verschiedenen Systeme zu testen. Die Studie wurde von Peter Irga von der University of Technology Sydney geleitet und von der Stadtverwaltung von Sydney finanziert. Untersucht wurden das konventionelle Solarmodulsystem auf dem International House und das Biosolar-Gründachsystem auf dem Daramu House (1800 m2, 10 000 Pflanzen, 12 verschiedene Arten).
Die Ergebnisse sind bezeichnend:
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Dach ist die Solaranlage auf dem Dach der Anlagenabdeckung eine durchschnittliche tägliche Stromproduktion von 39 kW, d. h. 13,1 % mehr.
Die Untersuchung ergab, dass die Oberflächentemperaturen auf dem begrünten Dach deutlich niedriger waren, in einigen Fällen um bis zu 20°C im Sommer. Dies führte zu einer Steigerung der Solarenergieerzeugung um 3,6 % während der acht Monate des Projekts.
Trotz der Ähnlichkeit der Konstruktion und des Standorts sind die Auswirkungen der Sonneneinstrahlung auf beiden Dächern außerhalb der Stunden, in denen die Sonne ihren Höchststand erreicht, offensichtlich. Während dieser Stunden produzierte das Gründach im Durchschnitt ~6 % mehr Energie als das konventionelle Dach. Vor und nach diesen Stunden werden unterschiedliche Leistungsergebnisse angezeigt (-3,6 – 16 %)”, heißt es in der Studie. Nach Korrektur dieser Unterschiede wurde festgestellt, dass die Gründachpaneele an einem bestimmten Tag im Durchschnitt 3,63 % effizienter waren. Darüber hinaus produzierte das Gründach im Laufe der achtmonatigen Studie zusätzliche 9,5 MWh Ökostrom, wobei das konventionelle Dach 59,5 MWh und das Gründach 69 MWh produzierte.
Die Gesamtergebnisse zeigten eine erhöhte Energieproduktion, eine bessere Regenwasserfilterung, eine effiziente Gebäudedämmung und eine unerwartete Zunahme der Artenvielfalt bei Tieren. Das begrünte Dach blieb deutlich kühler als das herkömmliche Dach, was zu einer verbesserten Effizienz der Photovoltaikmodule und einer Verringerung der städtischen Wärmeinsel führte. Andererseits absorbierte das Gründach Treibhausgase (fast neun Tonnen Treibhausgase, was der Pflanzung von 110 Bäumen entspricht) und bot zusätzliche ökologische und ästhetische Vorteile.
"Die Verringerung der Oberflächentemperatur zeigt, dass begrünte Dächer eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung von Krankheiten spielen können. Bekämpfung des städtischen Wärmeinseleffekts, der ein großes Problem in unseren Städten darstellt."
Zur weiteren Optimierung von PV-Dächern können speziell entwickelte, bifaciale PV-Module angebracht werden, die vertikal installiert werden können. Diese Konfiguration reduziert die Windlast und sorgt gleichzeitig für eine erhöhte Energieproduktion am Morgen und am Abend. Trotz des Vorhandenseins von verschatteten und unterirdischen Flächen mit Albedofaktoren von weniger als 0,2 erzielte die bifaciale Anlage mit einer Nennleistung von 9,09 kWp in einem Jahr (11.08.2017-10.08.2018) einen spezifischen Ertrag von 942 kWh/kWp. Dies liegt nahe an den typischen Werten von 1000 kWh/kWp, die für nach Süden ausgerichtete PV-Anlagen in derselben Region erzielt werden.
Eine weitere innovative Lösung, um den Herausforderungen der Urbanisierung und der Lebensmittelproduktion zu begegnen, ist die Photovoltaikanlage auf dem Dach. Da die für die traditionelle Landwirtschaft verfügbaren Flächen begrenzt sind, bieten ungenutzte Gebäudedächer ein enormes Potenzial für den Anbau von Lebensmitteln. Die Dach-Agrivoltaik geht noch einen Schritt weiter, indem sie Sonnenkollektoren in die Dachlandwirtschaftssysteme integriert.
Dieser für beide Seiten vorteilhafte Ansatz ermöglicht es den Pflanzen, die Solarmodule durch Verdunstung zu kühlen, während die Solarmodule die Pflanzen teilweise vor UV-Strahlung und extremen Temperaturen in den oft wasserarmen Wachstumsumgebungen von Gründächern beschatten.
Der Schutz, den die Sonnenkollektoren bieten, verlangsamt den Wasserverbrauch der Pflanzen, was wiederum den Trockenstress für die Nahrungsmittelpflanzen verringert.
Solarmodule können auch Pflanzen vor extremen Wetterbedingungen schützen und gleichzeitig Strom erzeugen. Zu den potenziellen Vorteilen von Photovoltaikanlagen auf Dächern gehören die Erhöhung der Widerstandsfähigkeit städtischer Lebensmittelsysteme, die Ausweitung der Erzeugung erneuerbarer Energien und die Reduzierung des Wasserverbrauchs.
Die Kombination von Dachbegrünung, Photovoltaikanlagen und Dachlandwirtschaft bietet innovative Lösungen für die Herausforderungen in dicht besiedelten Gebieten: Durch die
Integration dieser Technologien tragen die Städte zur Erzeugung intelligenter Elektrizität, zur Erhaltung der biologischen Vielfalt, zur Verbesserung der Regenwasserbewirtschaftung, zur Temperaturregulierung und zur Verbesserung des städtischen Raums bei. Mit einem ganzheitlichen Gestaltungsansatz können Dachlandschaften auch einen hohen Erlebniswert haben. Zusätzlich zu den Ökosystemleistungen und der Energieerzeugung können begrünte Dachlandschaften auch Schönheit und kulturelle Ausdrucksformen mit ästhetischen und erholsamen Qualitäten bieten.
"Wenn man den Umfang der positiven Auswirkungen im Verhältnis zu den Kosten bedenkt, ist die ökologische Infrastruktur wahrscheinlich die einfachste und wirksamste Initiative, die wir ergreifen können, um zur nachhaltigen Entwicklung unserer Städte beizutragen."
Das E-Biosolar-System
Das E-Biosolar-System ist ein integriertes Photovoltaiksystem, das speziell für grüne
Dächern ist eine professionelle Lösung zur Erzeugung erneuerbarer photovoltaischer Energie auf dem Gründach. Das System kann sowohl auf neuen als auch auf renovierten Gebäuden installiert werden, es ermöglicht die Anordnung auf der gesamten Dachfläche. Dank der Installation gilt das Dach als biodivers, denn in den schattigen Bereichen, die durch die Platzierung der Module entstehen, bilden sich Pflanzenbereiche mit einem anderen Mikroklima als auf der Sonnenseite. Die aufgeständerten Module lassen Licht eindringen und versorgen die Vegetation mit Feuchtigkeit.
Die E-Sedum-Vegetationsdecke
Die E-Sedum-Vegetationsdecke enthält zwischen 10-12 verschiedene Sedum-Arten.
Die Pflanzen haben eine relativ geringe Höhe und zeichnen sich durch eine erhöhte Fähigkeit zur Selbstregeneration aus, sind resistent gegen Trockenheit, Sonne, Wind und Frost und entwickeln sich sehr gut unter Dachbegrünungsbedingungen.
Die Sedum-Rolle bietet eine große Vielfalt an Farben und Formen, enthält Pflanzen mit Blättern in verschiedenen Größen und stellt eine wirtschaftliche Lösung für die Schaffung eines Vegetationsteppichs dar, der sofort nach der Verlegung einen hohen Deckungsgrad aufweist.
