Warum Solarpaneele auf Gründächer in Australien mehr leisten

Solarenergie auf Dächern ist für Gewerbe- und Wohngebäude in Australien längst Standard – aus gutem Grund. Doch je mehr Dächer mit Modulen belegt werden, drängt sich eine neue Frage auf: Könnte die Oberfläche unter den Solarpanels genauso wichtig sein wie die Panels selbst? Eine wegweisende Studie zu Gründach Australien-Projekten aus Sydney liefert eine klare Antwort – und die Zahlen sind eindeutig.

Forscher der University of Technology Sydney (UTS) haben gemeinsam mit Lendlease, Junglefy und der Stadt Sydney acht Monate lang ein herkömmliches Solar-Dach direkt mit einem „Biosolar“-Dach verglichen – Solarpanels kombiniert mit einem Gründach – auf zwei nahezu identischen Gebäuden in Barangaroo. Das Ergebnis: Das Biosolar-Dach erzeugte unter identischen Lichtbedingungen 3,63 % mehr Energie als das benachbarte reine PV-Dach. Für Immobilienbesitzer, die überlegen, wie sie aus jedem Quadratmeter Dachfläche mehr Wert schöpfen können, ist das eine Zahl, die man sich merken sollte.

Testaufbau

Was diese Studie besonders macht, ist nicht nur das Ergebnis – sondern die Sorgfalt dahinter. Die meisten bisherigen Studien zu Gründächern und Solarenergie vergleichen Gebäude an unterschiedlichen Standorten, unterschiedlichen Alters oder mit unterschiedlicher Bauweise, was es nahezu unmöglich macht, Ursache und Wirkung sauber zu trennen. Bei dieser Studie war das anders.

Die Forscher nutzten zwei benachbarte, nahezu identische Gebäude in Barangaroo, Sydney:

1.   Daramu House – ein Biosolar-Dach, das Photovoltaik-Module mit einem extensiven Gründach kombiniert

2.   International House – ein konventionelles Dach ausschließlich mit Photovoltaik-Modulen, ohne Bepflanzung

A) Das Gründach des Daramu House, Blick vom Barangaroo Tower 1, und B) Die Dachterrasse des International House mit Blick nach Süden.

Beide Dächer sind gleich groß (1.863 m²), ähnlich alt und denselben Sonnen-, Wind- und Verschattungsbedingungen durch die umliegenden Hochhäuser ausgesetzt. Von September 2020 bis April 2021 erfasste das Team Solarertrag, Modul- und Bodentemperaturen sowie Wetterdaten mittels SolarEdge-Wechselrichterdaten, Wetterstationen, i-Button-Temperaturloggern und Wärmebildkameras – 234 Tage durchgehender Parallelmessung.

Entscheidend: Das Team verglich nicht nur die Rohdaten. Die Ergebnisse wurden um Unterschiede bei Modulwirkungsgrad, Systemleistung und Modulalter zwischen den beiden Dächern bereinigt und anschließend beide Systeme unter identischen simulierten Lichtbedingungen mittels 3D-Solarmodellierung verglichen. Genau dieser zusätzliche Schritt macht aus einer interessanten Beobachtung belastbare Evidenz.

3D-Modell der städtebaulichen Geometrien von Barangaroo (links), tatsächliche Anordnung der PV-Module auf den konventionellen und begrünten Dächern (rechts oben) sowie die durchschnittliche jährliche Sonneneinstrahlung (rechts unten).

Ergebnisse

Ein messbarer Energiezuwachs, selbst nach Bereinigung der Daten

Die Kernzahlen sprechen für sich:

•     +13,1 % mehr täglicher Energieertrag auf dem Biosolar-Dach, in den unbereinigten Rohdaten

•     +6 % höherer Ertrag speziell rund um die Mittagszeit, wenn die Verschattung durch umliegende Gebäude am geringsten ist

•     +3,63 % bestätigter Zugewinn nach Bereinigung um Modultyp,

Systemgröße, Alter und Lichtbedingungen – der fairste Vergleich der Studie

•     Über den 8-monatigen Testzeitraum entsprach das 9,5 MWh mehr Strom, umgerechnet rund 2.595 AUD zusätzlichem Erlös und 7,7 zusätzlich vermiedenen Tonnen CO2e – etwa so viel wie 110 gepflanzte Bäume

Durchschnittliche stündliche Energieausbeute (kW) für jedes Dach über alle Messungen hinweg.

Das Geheimnis liegt in der Kühlung

Warum sollte Begrünung die Stromerzeugung eines Solarmoduls verbessern? Die Antwort liegt in der Temperatur. Solarmodule verlieren an Wirkungsgrad, je heißer sie werden, und die Wärmesensoren der Studie zeigten, dass das Gründach unter den Modulen durchgehend kühler war als das blanke, konventionelle Dach – unter bestimmten Bedingungen lagen die Bodentemperaturen bis zu 30,5 °C niedriger. Dieser Kühleffekt, verursacht durch Evapotranspiration und Verschattung der Pflanzen, verschafft den darüberliegenden Modulen einen echten Leistungsvorteil – besonders während der heißen australischen Sommer.

Mehr als nur Strom

Auch wenn der Energieertrag im Mittelpunkt dieses Beitrags steht: Das Biosolar-Dach lieferte im selben Zeitraum eine ganze Reihe weiterer Vorteile – neunmal mehr Insektenvielfalt, viermal mehr Vogelarten, eine modellierte Reduktion der maximalen Regenwasserabflussmenge von 634 l/s auf nur 7 l/s bei einem Starkregenereignis (1-in-5-Jahre), sowie eine messbare Reduktion von NO2, Ozon und Feinstaub in der Luft. Für Gebäude, die eine Green-Star-Zertifizierung oder ESG-Ziele anstreben, ist das ein überzeugendes zusätzliches Argument.

Implikationen

Für Immobilienbesitzer, Bauträger und Facility-Manager in Australien verändert diese Studie das Verständnis vom Dach als bloße Fläche für Solarmodule. Ein paar praktische Erkenntnisse:

•     Dachflächen können doppelt genutzt werden. Anstatt sich zwischen Gründach und Solaranlage entscheiden zu müssen, zeigt diese Forschung, dass beide zusammenwirken können – die Bepflanzung unterstützt aktiv die Leistung der Module, statt mit ihnen zu konkurrieren.

•     Kühlung ist genauso wichtig wie Neigungswinkel oder Ausrichtung. Dieselbe Physik, die ein Gründach die Modulleistung steigern lässt – kühlere Module –, ist mit ein Grund, warum auch alternative Anlagenkonzepte wie vertikale Solaranlagen zunehmend Beachtung finden, um Hitze und Lichteinfall intelligenter zu steuern.

•     Der wirtschaftliche Nutzen summiert sich über die Zeit. Ein Ertragsplus von 3,63 % klingt auf ein einzelnes Modul bezogen bescheiden, doch über eine gesamte gewerbliche Dachanlage und deren Lebensdauer hinweg ergibt das einen spürbaren Unterschied bei Ertrag, Erlös und vermiedenen Emissionen – zusätzlich zu den Vorteilen bei Regenwassermanagement, Biodiversität und Luftqualität, die für Gebäudezertifizierungen zunehmend zählen.

•     Die Planung sollte früh integriert werden. Modullayout, Neigung und Abstand des Biosolar-Dachs in dieser Studie wurden gezielt an die Bepflanzung angepasst – ein Hinweis darauf, dass die besten Ergebnisse entstehen, wenn beide Systeme von Anfang an gemeinsam geplant werden, statt eines nachträglich auf das andere aufzusetzen.

Es lohnt sich auch, die Grenzen der Studie offen anzusprechen: Sie lief über 8 Monate statt eines vollen Jahres, sodass die Winterleistung nicht erfasst wurde, und sie basiert auf einem einzigen Gebäudepaar. Die Forscher selbst empfehlen weitere Studien in größerem Maßstab, bevor man diese Ergebnisse zu weit verallgemeinert – als Konzeptnachweis ist sie jedoch überzeugend.

Zusammenfassung

Die Barangaroo-Studie der University of Technology Sydney liefert einige der bislang fundiertesten, praxisnahen Belege dafür, dass ein Gründach weit mehr ist als ein nettes Extra für Biodiversität und Ästhetik – es kann die Leistung der darüber montierten Solarmodule tatsächlich verbessern. Ein bestätigter Energiezuwachs von 3,63 %, verursacht durch ein kühleres Dach-Mikroklima, bedeutet realen finanziellen Mehrwert, echte CO2-Einsparungen und ein stärkeres Argument für Investitionen in erneuerbare Energien in australischen Städten.

Da der Druck auf Bauträger und Gebäudeeigentümer wächst, jeden Quadratmeter Dachfläche besser zu nutzen, wirkt dieser integrierte Ansatz – Solar und Begrünung von Anfang an gemeinsam geplant – zunehmend weniger wie ein Nischenexperiment und mehr wie die Zukunft des gewerblichen Dachdesigns in Australien.

Source: Green Roof & Solar Array – Comparative Research Project

Final Report July 2021, University of Technology Sydney