Gründach-Photovoltaik

Die Kombination von Gründächern und Photovoltaik (Gründach-PV) bietet gleichzeitig ökologische und ökonomische Vorteile. Gründächer dienen als natürliche Isolatoren und tragen zur Verbesserung des Stadtklimas bei, indem sie die Temperatur in urbanen Gebieten senken, den Energieverbrauch reduzieren und die Luftqualität verbessern. Sie fördern zudem die Biodiversität, bieten Lebensraum für Pflanzen und Tiere und reduzieren den Regenwasserabfluss.

PV-Module auf Gründächern nutzen die bereits vorhandene Fläche effizient und bieten zusätzliche Vorteile. Durch die Kombination von Gründächern und PV wird nicht nur die ökologische Nachhaltigkeit verbessert, sondern es eröffnen sich auch wirtschaftliche Chancen. Die Energieerzeugung durch PV trägt zur Reduzierung der CO₂-Emissionen bei und ermöglicht es den Gebäudeeigentümern, eigenen Strom zu erzeugen und Energiekosten zu senken. Unsere Arbeitsschwerpunkte umfassen stadtklimatische Modellierungen, die ökonomische Bewertung von Gründächern und Gründach-PV, Ertragsprognosen, Monitoring von PV-spezifischen und biologischen Key Performance Indicators (KPIs), sowie die Lebenszyklusanalyse (LCA).

Unsere FuE-Leistungen zum Thema »Gründach-PV« umfassen:

• Techno-ökonomische Bewertung von Gründächern und Gründach-PV
• Simulation, Ertragsgutachten und Monitoring von PV-Gründachanlagen
• CFD-Wind-Simulation gekoppelt mit thermischen und mechanischen FEM-Simulationen
• Planungsunterstützung für Gründach-PV
• Gutachten und Beratung zur Gründachpflicht

Wir führen sowohl für Gründächer als auch die Kombination aus Gründach und der Installation von Photovoltaikanlagen techno-ökonomische Bewertungen für einzelne Dächer als auch für typische Dachgrößen unter verschiedenen Randbedingungen durch. Die Ergebnisse können zum Beispiel für die individuelle Wirtschaftlichkeitsentscheidung oder die Erstellung von Gründach- oder PV-Gründachkatastern genutzt werden.

Bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden Kosten und Nutzen gegeneinander abgewogen. Neben den Kosten für die Installation und die Pflege, weist ein Gründach auch ökonomische sowie weitere Vorteile auf. Auf der Kostenseite sind Installations- sowie Pflegekosten zu nennen. Diese Vorteile sind zum Beispiel eine verlängerte Lebensdauer der Dachabdichtung, Einsparungen bei Niederschlagsgebühren, aber auch reduzierte Heiz- und Kühlkosten können durch ein Gründach auf die Wirtschaftlichkeit angerechnet werden.

Bei der Kombination von Gründach mit Photovoltaik ergeben sich nochmals besondere Bedingungen, welche auch Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit haben. Beispielsweise kann sich der Ertrag durch die Kühlung der Solaranlagen aufgrund des Gründaches erhöhen. Außerdem muss entschieden werden, in welcher Ausrichtung und Neigung die Photovoltaikmodule installiert werden sollen, weil sich für die Pflege des Gründaches andere Ansprüche an die Abstände zwischen den Modulen ergeben. 

Mittels unserer In-House-Simulationsplattform »ZENIT©« führen wir Simulationsrechnungen zum erwarteten Ertrag Ihres Gründach-PV-Projekts durch. Über Raytracing-Ansätze kann die Lichtverfügbarkeit hinter bzw. unter den Modulen modelliert werden. Durch unser Monitoring ermitteln wir Key Performance Indikatoren der Anlage. Das Monitoring beinhaltet die kontinuierliche Überwachung der PV-Anlagen, um sicherzustellen, dass sie effizient arbeiten und mögliche Ausfälle oder Leistungsverluste – beispielsweise durch Verschmutzung - schnell erkannt werden. Ebenso können meteorologische Parameter wie Windgeschwindigkeit, Regenmenge und Einstrahlung gemessen werden, um das Mikroklima um die PV-Anlage herum zu überwachen. Mit Drohnen kann der thermographische Zustand der Anlage schnell und vollständig erfasst werden.

Wir verwenden multiphysikalische Simulationen auf Grundlage der Finiten Elemente Methode (FEM) um die spezifischen Auswirkungen der PV-Module auf das Gründach und umgekehrt zu untersuchen. Zum Beispiel koppeln wir fluiddynamische Windsimulationen mit thermischen Simulationen um den Einfluss der PV-Module auf die Temperatur des Gründaches und gleichzeitig den Kühleffekt der Pflanzen auf die PV-Module zu bewerten. Zusätzlich bewerten wir die Auswirkung auf mechanische Belastungen der Windverhältnisse durch die Kopplung an mechanische FEM-Simulationen. Auch das Hotspot Risiko durch z.B. Vogelkot, bewerten wir mit elektro-thermischen Simulationen im Hinblick auf die Eignung verschiedener Modultypen. 

Wir beteiligen uns an der Planung von Gründach-PV-Projekten und sind für die Klärung von technischen Fragestellungen und Hemmnissen zuständig. Einer unserer Schwerpunkte liegt auf der Analyse von Bauprozessen. Dabei beschäftigen wir uns auch mit den Gewerken (Akteuren, Rollen) und ihren Schnittstellen sowie den konstruktiven Teilprozessen und ihrem strukturierten Ablauf. Außerdem unterstützen wir die Planung mittels Simulation, beispielsweise bei der technischen Auslegung sowie bei Ertrags- und Wirtschaftlichkeitsanalysen.

Mit fortschreitendem Klimawandel stellen sich immer mehr Städte die Frage welche konkreten Maßnahmen zur Klimaanpassung ergriffen werden können. Eine Möglichkeit gegen lokale Hitzeinseln in der Stadt vorzugehen, ist die Installation von Gründächern. Aus diesem Grund gibt es erste Städte in Deutschland aber auch in anderen Ländern, in denen eine Gründachpflicht eingeführt wurde oder gerade in Diskussion ist. Diese verpflichtet zur Installation von Gründächern bei Neubau oder Dachsanierung. Auch die Kombination der Gründachpflicht mit einer Pflicht zur Installation von PV-Anlagen ist möglich. Im Rahmen von Gutachten untersuchen wir, wie eine solche Pflicht ausgestaltet sein sollte und für welche Dachgrößen die Gründachpflicht oder auch die kombinierte Solargründachpflicht (PV oder Solarthermie) wirtschaftlich ist.