Für alle Besitzer von Solaranlagen gilt, dass sie einen möglichst hohen Ertrag mit ihren Modulen erzielen möchte. Eine Montagevariante liefert sogar mehr Strom als das Dach, nämlich vertikale Photovoltaik-Systeme, die insbesondere an Wänden und Fassaden an Beliebtheit in der Energiewende gewinnen. Durch die senkrechte Anordnung nutzen die Systeme die Gebäudeaußenseiten effizient aus. Obwohl der Einfallswinkel des Lichts das Gegenteil erwarten lässt, liefern die Module einen höheren Ertrag als horizontale Exemplare auf Dächern.
Mehr Strom als vom Dach? Forscher lösen Ertragsmysterium
Für den Ertrag von Solarmodulen sind zwei Faktoren entscheidend. Die Lichtmenge, die die Solarzellen trifft, sowie die Modultemperatur. Je heißer die Solarmodule werden, desto ineffizienter arbeiten sie. Pro Grad Celsius nimmt die Spannung in den Modulen um 0,3 bis 0,4 Prozent ab. Viele Ansätze erforschen daher Möglichkeiten, um PV-Anlagen in der Benutzung möglichst kosteneffizient zu kühlen, um einen größeren Ertrag zu erzielen. Dabei könnte die Lösung sogar einfacher sein als bisher angenommen. Obwohl vertikal aufgestellte PV-Module mit einem 90-Grad-Winkel eigentlich weniger Licht erhalten als Module auf Dächern, liefern diese Anlagen mehr Strom. 2,5 Prozent mehr Ausbeute sind bei Ost-West-Systemen an Gebäudefassaden möglich, wenn man bifaziale Solarmodule verwendet.
Licht ist nicht der entscheidende Faktor
Der Grund dafür liegt nicht an der Menge des einfallenden Lichts, sondern an den sogenannten Wärmeübertragungskoeffizienten der vertikalen Paneele. Mit diesen gibt man an, wie Wärmeenergie von einem Material auf ein anderes übergeht. Bei der vertikalen Anordnung von Solarmodulen stellten Forscher fest, dass die Solarmodule nur ungefähr einen halb so großen Temperaturunterschied zu ihrer Umgebung aufwiesen wie Solarmodule, die man horizontal aufgestellt hätte. Sie wurden also weniger heiß als die PV-Module, die man auf Dächern aufstellte. Der Wärmeübertragungskoeffizient ist somit fast doppelt so hoch wie bei horizontalen Anlagen. Das resultiert nicht nur in den 2,5 Prozent mehr Stromausbeute, sondern ermöglicht zugleich Sanierungsmaßnahmen an alten Fassaden. Wer seine Hausfassade mit vertikalen Solarpaneelen schmückt, generiert nicht nur mehr Strom aus auf dem eigenen Dach, sondern erzeugt damit auch Wärme, die an die Hausfassade abgegeben wird.
Die Studienergebnisse der niederländischen Forscher verdeutlichen, wie entscheidend es ist, die tatsächlichen Arbeitsbedingungen für neue Anwendungen von Solarmodulen zu überprüfen. Rein durch den Einfallswinkel des Lichts wären viele Berechnungsszenarien für PV-Module von einem deutlich niedrigeren Ertrag im Vergleich zur horizontalen Ausstellung ausgegangen. Die Entdeckung des Einflusses der Wärmeübertragung auf den Stromgewinn der PV-Module könnte sich in weiteren, neuen Anwendungsmöglichkeiten für Solarmodule niederschlagen.
Vertikale PV-Module als doppeltes Einsparpotenzial
Im Winter isoliert die Schicht aus PV-Modulen dadurch zusätzlich, sodass weniger Wärme durch die Gebäudehülle nach außen entweicht. Würden Architekten und Stadtplaner künftig PV-Elemente in die Fassadengestaltung integrieren, könnte die Energieeffizienz von Gebäuden so deutlich verbessert werden. Weltweit suchen Städte nach Methoden, um die eigenen CO₂-Emissionen zu reduzieren. Da Gebäude in Europa rund 40 Prozent aller Energiekosten sowie 38 Prozent aller CO₂-Emissionen verursachen, wäre das Einsparpotenzial hier hoch. Zudem bieten Gebäudefassaden in der Regel viel mehr nutzbare Fläche, die mit PV-Modulen ausgestattet werden kann als Gebäudedächer. Für viele Hausbesitzer könnte sich die Investition in eine vertikale PV-Anlage somit doppelt lohnen, in dem zugleich Stromkosten und Heizkosten nachhaltig gesenkt werden.
Wer von einer vertikalen Ausrichtung profitieren möchte, sollte jedoch nicht einfach horizontal gebaute Solarpaneele andersherum montieren. Solarmodule werden von Herstellern in einer bestimmten Anordnung der Solarzellen geplant, die vorwiegend die Positionierung der Bypass-Dioden berücksichtigt. Sie sind entscheidend, um bei einer Teilverschattung des Solarmoduls zu gewährleisten, dass diese die übrigen Bereiche nicht beeinträchtigt. Obwohl es keine explizite Nennung dazu gibt, ist bei der Studie davon auszugehen, dass man bereits vertikale angeordnete Solarmodule verwendete. Vertikal ausgerichtete PV-Module für eine 90-Grad-Montage an Balkonen oder Hausfassaden sind bereits im Handel erhältlich.
