Die aktuell am meisten verbreitete Installationsart von PV-Anlagen auf Flachdächern ist die Ost-West-Ausrichtung von Modulen unter geringen Neigungswinkeln, die eine hohe Dachbelegung ermöglichen und die als Referenzanlage diente. Forschende des Instituts für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) der ZHAW School of Engineering haben verschiedenen Möglichkeiten untersucht, wie die Energieausbeute von PV-Anlagen auf Flachdächern im Vergleich zu diesem Anlagentyp gesteigert werden kann. 

Bei dem ersten Konzept wurde der Einsatz von bifazialen PV-Modulen – also Module, die auf beiden Seiten Licht in Strom umwandeln  können – untersucht. Diese wurden bei gleichen Neigungswinkeln wie bei der Referenzanlage höher aufgeständert. Zudem wurde auf dem Dach eine reflektierende Folie verlegt. Die Messungen ergaben einen Mehrertrag von jährlich 15%. Weil der Testaufbau – verglichen mit den Anlagen in der Praxis – eher klein und der Randbereich überdurchschnittlich gross ist, dürfte bei realen Systemen der Mehrertrag geringer ausfallen. 

Eine weitere Versuchsanordnung war die Nutzung von horizontalen, einachsigen Nachführsystemen (HSAT). Diese Systeme drehen die Solarmodule und fangen so mehr Sonnenlicht ein. Um möglichst viel Energieertrag pro Fläche zu erhalten, wurden die nachgeführten Module möglichst nahe beieinander positioniert. Die dichte Belegung erlaubt jedoch nur ein geringer Trackingwinkel – Veränderung der Neigung Richtung Sonne – der Module. In der Versuchsanlage wurde der Winkelbereich daher auf ±5° eingeschränkt, um eine Verschattung benachbarter Module zu vermeiden. Die Messergebnisse zeigen, dass sich durch die einachsige, horizontale  Nachführung die jährliche Energieausbeute gegenüber dem Referenzsystem um rund 5% erhöhen lässt. Dies, obwohl der Winkelbereich mit ±5° sehr eingeschränkt ist.

Stärkere Sonneneinstrahlung mit Reflektoren

Die Forschenden des Instituts für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) haben zudem Reflektoren getestet, welche die Einstrahlung auf die PV-Module verstärken. Die Reflektoren werden am Rand der PV-Anlage aufgestellt und werden je nach Sonnenstand und Wetter ein- oder ausgefahren. Der Effekt war überraschend stark: An einigen Tagen stieg der Energieertrag der PV-Anlage – besonders morgens und abends, wenn die Sonne tiefer steht – um bis zu 30%.

Zukünftige Pläne

In Zukunft wollen die Forschenden des IEFE noch genauer untersuchen, welche PV-Systeme auf Flachdächern zu wirtschaftlichen Lösungen führen können, insbesondere unter Berücksichtigung von stündlich zeitabhängigen Stromtarifen, wie sie voraussichtlich auch in der Schweiz eingeführt werden. 

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Projektname
PV-Eye – Photovoltaic systems on flat roofs with highest energy yields per area

Beteiligte
Projektleiter: Hartmut Nussbaumer
Projektmitarbeitende: Roger Hiltebrand, Selina Pfyffer, Lona Tulinski, Janis Preisig, Markus Klenk
Drittmittelgeber: Bundesamt für Energie, Stefan Oberholzer

Projektdauer
Dezember 2021 bis März 2025

Publikationen
Highest Energy Yields per Area for PV Systems on Flat Roofs
https://userarea.eupvsec.org/proceedings/EU-PVSEC-2024/4DV.4.10/