Mit der Sonne Strom erzeugen: Planungsgrundlagen für das solare Bauen

Solarenergie an Gebäuden ist im Rahmen des energieeffizienten Bauens ein wichtiges Thema geworden. Aktuelle Entwicklungen in Europa zeigen einen deutlichen Anstieg bei der Nutzung solarer Energiesysteme. Nicht nur Kommunen oder gewerbliche Investoren setzen auf Solarenergie, auch immer mehr Privathaushalte lassen sich Solaranlagen auf das Dach montieren. Neben neuen technischen Lösungen spielen auch gestalterische Konzepte eine wichtige Rolle bei gebäudeintegrierter Solartechnik. Aber lohnt sich Solar überhaupt? Erfahren Sie die Vorteile von Solarstrom und Solarwärme und worauf es bei der Planung ankommt.

Solarenergie: Zahlen und Fakten

Die Sonne liefert in nur einer Stunde soviel Energie, dass man die ganze Welt für ein Jahr mit Strom versorgen könnte. Die solare Energie, die unsere Erdatmosphäre erreicht, beträgt durchschnittlich etwa 1367 Kilowatt pro Quadratmeter. Die höchsten Werte werden in der Sahara erreicht – in Mitteleuropa ist der Strahlungswert nur etwa halb so hoch. Insgesamt liefert die Sonne aber auch hier genügend Energie zur Erzeugung von umweltfreundlichem Strom und emissionsfreier Wärme.

Wie viel Strom und Wärme eine Solaranlage erzeugt, hängt aber nicht nur vom Standort ab, sondern auch von der verwendeten Technologie. In Deutschland produziert eine Photovoltaikanlage je Kilowatt Peak durchschnittlich 1000 Kilowatt Strom. Photovoltaikmodule aus Silizium sind am effektivsten und erzeugen die meiste Energie pro Quadratmeter. Deshalb sind Siliziummodule auch besonders für Hausdächer geeignet, da hier der Platz naturgemäß begrenzt ist.

Solartechnik: Photovoltaik und Solarthermie

Sie müssen Ihren Bauherren bezüglich der Investition in eine Solaranlage beraten? Grundsätzlich hat man die Wahl zwischen zwei technischen Verfahren: Photovoltaik und Solarthermie. Mit Photovoltaikanlagen wird Sonnenenergie direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Dieser kann im eigenen Haushalt genutzt oder in das öffentliche Stromnetz übertragen werden. Die Solarthermie-Technik erzeugt mit Röhrenkollektoren Wärme für Warmwasser und Heizung. Auch eine Kombination aus beiden Techniken ist möglich. Die sogenannten Hybrid-Kollektoren haben den Vorteil gleichzeitig Energie und Wärme zu erzeugen. Allerdings ist der Gesamtertrag nicht mit dem eines Photovoltaik-Moduls oder Solarthermie-Kollektors vergleichbar, denn beide Systeme stellen grundsätzlich unterschiedliche Anforderungen.

Umweltschutz: Welchen Effekt haben Solaranlagen für die Umwelt?

Im Gegensatz zu fossilen Energieträgern ist das Sonnenlicht unendlich verfügbar und kann als Energiequelle gespeichert und genutzt werden. Als Betreiber einer Solaranlage leistet man einen Beitrag für den Klimaschutz, dann Solarenergie ist umweltfreundlich und emissionsfrei. Für die Herstellung von Solarmodulen wird zwar relativ viel Energie benötigt, aber angesichts der langen Lebensdauer kann diese schlechte Klimabilanz im Laufe des Betriebs wieder ausgeglichen werden. Die Lebenszeit von Solaranlagen liegt bei mindestens 20 Jahren. Da Strom und Wärme dort produziert wird, wo es verbraucht wird, verringert sich außerdem der Energieverlust, der beim Transport zwischen Kraftwerken und Haushalten üblicherweise entsteht.

Wirtschaftlichkeit: Lohnt sich die Investition in Solar?

Ein entscheidender Vorteil von Solarenergie ist, dass ihre Nutzer unabhängiger von den Preisvorgaben der Energiekonzerne sind. Aber lohnt sich eine Investition in Solar wirklich? Die Sonne steht uns zwar kostenlos zur Verfügung, aber je nach Tageszeit, Wetter oder Monat verändert sich auch die Sonneneinstrahlung. Zusätzlich haben Ausrichtung und Neigung des Daches einen großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen und müssen bei der Ertragsberechnung beachtet werden. Damit die Rentabilität gesichert ist, sollten neben Kosten und Einnahmen auch die Fragen der Finanzierung geklärt und aktuelle Gesetze beachtet werden. Besonders die jeweiligen Einspeisungsvergütungen bei Photovoltaikanlagen haben einen großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit.

Um zu prüfen ob sich der Kauf einer Solaranlage lohnt gibt es kostenfreie Online-Rechner. Diese sind z. B.:

• Der Solarstromrechner von SolarWorld berechnet die Wirtschaftlichkeit der Solaranlage abhängig vom persönlichen Stromverbrauch und Standort: solarworld.de/technikberater
• Der Photovoltaikrechner berücksichtigt neben der jährlichen Stromproduktion auch die Investitionskosten, sowie die gesamten Einnahmen für 20 Jahre: www.solarrechner.de

Planungsgrundlagen: Gebäudetechnische Anforderungen

Die Himmelsrichtung und der Neigungswinkel spielen bei Solaranlagen eine wichtige Rolle. Die optimale Ausrichtung unterscheidet sich bei Photovoltaik- und Solarthermieanlagen. Für beide gilt: Die Anlage sollte nach Süden ausgerichtet sein. Die Neigung des Daches beträgt bei Photovoltaikanlagen bestenfalls 30° und sollte niemals unter 15° liegen. Bei Solarthermie-Kollektoren liegt die ideale Dachneigung bei 45°. Besonders wichtig bei der Planung beider Anlagen ist die Verschattung. Denn Schattenwurf durch Schornsteine, Nebengebäude, Bäume oder Berge verringert den solaren Energiegewinn. Eine Solaranlage sollte zu keiner Tages- oder Jahreszeit im Schatten liegen.

Schrägdach, Flachdach oder Pulldach? Generell können Solaranlagen auf fast jedem Dach installiert werden. Besonders sind Schrägdächer geeignet, denn erst durch die entsprechende Neigung kann ein optimaler Ertrag erzeugt werden. Solarmodule können mit Hilfe von Metallkonstruktionen auf das Dach installiert werden. Diese Lösung ist bei nachträglich montierten Solaranlagen die kostengünstigere Variante. Die Indachlösung ist zwar aufwendiger und kostenintensiver aber dafür optisch ansprechender. Bei der Indachkonstruktion werden die Dachziegel entfernt und komplett durch Solarmodule ersetzt. Neben Dächern, eignen sich auch unverschattete Fassaden für Photovoltaik- oder Solarthermieanlagen.

Gestaltungsgrundlagen: Integrierte Solartechnik

Oftmals gelten die Solarmodule als ästhetisch störende Elemente, da sie nicht wirklich in die Architektur integriert, sondern nachtäglich hinzugefügt wurden. Deshalb ist es die Aufgabe von Architekten, Ingenieuren und Planern nicht nur die konstruktiven und energietechnischen Fragen zu lösen, sondern gleichzeitig Gestaltungskonzepte zu entwickeln, die eine in die Gebäudearchitektur integrierte Solartechnik berücksichtigen. Aktuelle Beispiele zeigen, dass solartechnische Anlagen auf Dächern auch ein großes gestalterisches Potenzial haben können. Der Solarenergieförderverein Bayern (SEV Bayern) zeichnet alle drei Jahre beispielhaft ausgeführte Projekte aus, bei denen Solartechnik nicht nur die funktionalen Anforderungen erfüllt, sondern auch als architektonisches Element eingesetzt wurde.