02/2022 Standpunktfrage

Lebens.raum

Solararchitektur – mehr als nur PV auf dem Dach

Holzbau und Solararchitektur gelten als zukunftsweisendes Dreamteam. Noch aber wird das Energiepotenzial der Sonne zu wenig genutzt. Es mangelt insbesondere an Solarfassaden, die im Winter vergleichsweise hohe Stromerträge erzielen. Die neue Generation der PV-Module ermöglicht hochwertige gestalterische Lösungen sowohl im Neu- als auch im Bestandsbau.

Text Nicolas Gattlen | Bilder Kämpfen Zinke + Partner

 

Photovoltaik ist der grösste Hoffnungsträger für die Energiezukunft der Schweiz. Allein das Potenzial im bestehenden Gebäudepark ist riesig: Geeignete Dächer könnten hierzulande etwa 50 Terawattstunden (TWh) Solarstrom pro Jahr erzeugen, Hausfassaden weitere 17 TWh. Dies entspricht 110 Prozent des aktuellen Stromverbrauchs der Schweiz.

Das Fassadenpotenzial ist von besonderem Interesse, weil auf diesen Flächen aufgrund der senkrechten Ausrichtung vergleichsweise hohe Wintererträge zu erwarten sind. Deren Nutzung stösst auch bei Architekturschaffenden auf immer grösseres Interesse, da die Vielfalt der PV-Module bezüglich Farben, Texturen und Formen stetig wächst. Die neue Generation der Building-Integrated Photovoltaics (BIPV) beziehungsweise Energy Positive Glazing (EPoG) ermöglicht hochwertige gestalterische Lösungen und kann als eigenständiger Baustoff für Fassaden, Brüstungen, Fensterläden, Lamellen, Vordächer und Dächer verwendet werden.

Aktueller Zubau reicht noch nicht
Allerdings hinkt die gebaute Realität dem Solarpotenzial weit hinterher: Ende 2021 waren Solarpanels mit einer Leistung von etwa 3,6 Gigawatt installiert. Mit einer jährlichen Stromproduktion von 3,6 Terawattstunden deckten sie rund sechs Prozent des Schweizer Strombedarfs ab. Die Energieperspektiven 2050+ sehen bis im Jahr 2050 aber eine Abdeckung von 40 Prozent durch Solarenergie vor. Dieses Ziel ist umso ambitionierter, weil der Strombedarf unter anderem mit der E-Mobilität und dem Zubau von Wärmepumpen steigen wird. Das Basisszenario der Energieperspektiven 2050+ rechnet für 2050 mit einer benötigten Photovoltaikproduktion von 33,6 Terawattstunden. Dazu müsste der jährliche Zubau (2021: 0,6 TWh) rasch nahezu verdoppelt werden.

«In 10 bis 20 Jahren werden wir im Sommerhalbjahr ausreichend Strom aus PV haben», glaubt Beat Kämpfen, Architekt mit jahrzehntelanger Erfahrung im Solarbau (siehe Interview). «Der Winter aber wird zu einem gigantischen Problem. Die meisten Photovoltaik-Dachanlagen im Mittelland liefern dann maximal halb so viel Energie wie im Sommer. Es braucht deshalb auch Solarfassaden. In diesem Bereich hat sich in den letzten Jahren aber noch zu wenig getan.»

Solarfassaden gewinnen an Attraktivität
Mit der Einmalvergütung (EIV) und dem neuen Bonus für Anlagen mit grossen Neigungswinkeln setzt der Bundesrat neue Anreize für den Bau von Solarfassaden. PV-Anlagen sind heute umso rentabler, je höher der anteilsmässige Eigenverbrauch ist: Es lohnt sich also, diesen zu optimieren. Im Winter ist der Energieverbrauch höher, was das Potenzial der Solarfassade besonders interessant macht. Der Strom aus der PV-Anlage lässt sich dann zum Beispiel für den Betrieb von Wärmepumpen nutzen. Um den Anteil des Eigenverbrauchs weiter zu erhöhen, kann die PV-Anlage mit einem Batteriespeicher oder einer bidirektionalen Ladestation für E-Fahrzeuge kombiniert werden.

Im Bestandsbau ist eine Solarfassade (PV / Solarthermie) besonders wirtschaftlich, wenn eine energetische Gesamtsanierung ansteht. Die Planung ist zwar komplex und aufwendig, doch haben verschiedene Architekturbüros bereits gezeigt, was diesbezüglich möglich ist. Karl Viridén + Partner etwa verwandelte das Bürogebäude von Flumroc in einen vorbildlich gestalteten Plusenergiebau. Auch die Sanierungsprojekte von Kämpfen Zinke + Partner (z. B. das «Apartmenthaus 1970» in Schwamendingen mit Aufstockung in Holz), von Arento (Hochhaus auf dem Wattbuck in Effretikon) oder von René Schmid Architekten (MFH Obere Wallisellerstrasse in Opfikon ZH) sind zukunftsweisend.

Literatur: Im neuen Standardwerk zur PV «Photovoltaikanlagen» (faktor, 2021) hat Autor Christof Bucher viel Wissen und Know-how für die Planung, den Bau und den Betrieb von PV-Anlagen zusammengetragen.

Tools: Mit dem Solarrechner lässt sich berechnen, wie gut sich ein Dach oder eine Fassade für die Solarenergienutzung eignet.
bfe.admin.ch ,sonnendach.ch, sonnenfassade.ch

 

«Die Planung einer Solarfassade ist sehr komplex»

Beat Kämpfen, auf den Schweizer Dächern werden eifrig Solaranlagen installiert, an den Fassaden aber tut sich diesbezüglich wenig. Haben Sie eine Erklärung dafür?
Viele Bauherren scheuen die Mehrkosten einer Solarfassade, obschon sich diese innert 15 Jahren amortisieren. Aber auch die Architekturschaffenden sind zurückhaltend. Da spielt sicher die Angst vor neuen Materialien mit. Nicht aus ästhetischer Sicht, sondern aufgrund technischer Aspekte. Die Planung einer Solarfassade ist sehr komplex und erfordert viel Fachwissen. Man braucht dazu einen Fassaden- oder Photovoltaikplaner. Damit verlieren die Architekten ihr letztes «Refugium», wo sie sich noch frei verwirklichen können.

Was macht die Planung so komplex?
Photovoltaik funktioniert wie ein Gartenschlauch. Wenn ich auf einen Schlauch trete, fliesst kein Wasser mehr. Genauso ist es, wenn ein Solarmodul beschattet ist. Dann fliesst in allen damit verschalteten Modulen kein Strom mehr. Eine gute Planung der Verschaltungen ist also äusserst wichtig und ziemlich herausfordernd. Zudem müssen die Module gut hinterlüftet sein, damit sie möglichst kalt bleiben. Zu bedenken ist schliesslich, dass die Verkabelungen korrodieren und Anschlussboxen und Steckverbindungen kaputtgehen können. Da muss man entsprechend planen und an den langfristigen Unterhalt denken.

Unterscheidet sich die PV-Planung bei einem Holz- und einem Massivbau?
Nein, da gibt es keine grundlegenden Unterschiede.

Was ist bei der Architektur zu beachten?
Wir müssen uns vom Postulat des kompakten Bauens befreien. Die einfache «Kiste» mit dem sehr guten Oberflächen-Volumen-Verhältnis hat zwar geringe Energieverluste, sie steht aber der Forderung nach mehr Solarenergie im Winter entgegen. Für die winterliche Energiegewinnung sind fächerförmige Häuser mit einer möglichst grossen Fläche mit Südost- bis Südwest­ausrichtung optimal. Damit gewinnt man in der Summe mehr Energie, als man verliert.

Wie lässt sich die «passive Solarenergie­nutzung» optimieren?
Hier gilt es ein Gleichgewicht zu finden zwischen solarem Wärmegewinn und sommerlichem Hitzeschutz. Die Solarwärme lässt sich gut über Fenster von Südosten bis Südwesten ins Haus holen; gleichzeitig muss das Haus vor der steilen Sommersonne geschützt werden. Mit Storen und Vordächern bekommt man das gut hin.