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6.1 Ressourcen und Nutzung erneuerbarer Energien

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Gebäude benötigen bezüglich ihres Primärenergiebedarfes zunehmend eine hohe Energieeffizienz. Dies schliesst die Minimierung der Transmissionswärme- und Luftwechselverluste ebenso ein wie die Maximierung der vor Ort bereitgestellten Energie durch erneuerbare Energien. Sinkende Systemkosten für Photovoltaik und Solarthermie und leistungsfähigere Produkte begünstigen dabei das solare Bauen.

6.1.1 Einstrahlungspotenzial für energie-erzeugende Systeme

Direkte Sonnenstrahlung und diffuse Himmelsstrahlung (Globalstrahlung) erzeugen in Kollektoren Solarwärme oder über den photovoltaischen Effekt aus Solarzellen Gleichstrom. Die Solarenergienutzung wird vom Standort, der Orientierung und der eingesetzten Technologie beeinflusst. So funktioniert die solare Energiegewinnung am Gebäude umso besser bei:

  • langer Sonnenscheindauer und klarer Atmosphäre (z.B. über der Hochnebeldecke in den Bergen),
  • verschattungsfreiem Horizont,
  • Ausrichtung und Neigung der Komponenten zur Sonne,
  • hohem Wirkungsgrad der Systeme (sowohl bei Kollektoren als auch bei PV-Modulen),
  • geringer Verschmutzung der Oberflächen und Degradation der Komponenten,
  • günstiger geografischer Lage bzw. Höhe über Meer (Schnee!) und
  • Hochwertigkeit der eingesetzten Komponenten.

Das aus diffuser und direkter Strahlung bestehende globale Strahlungsangebot beträgt im Schweizer Mittelland bezogen auf eine Horizontalfläche rund 1’000 kWh pro m2 und Jahr. In den Südtälern des Wallis, Tessins und Bündnerlands ist das Strahlungsangebot mit 1’800 kWh/m2a vergleichbar zu Südspanien. Das Strahlungsangebot ist abhängig von den Jahreszeiten, Standortklima, Sonnenscheindauer, Bewölkungsgrad und der Reflexion (Albedo): helle oder spiegelnde Flächen (Gewässer, Schnee etc.) erhöhen das Strahlungsangebot markant.

  • Bei diffuser Strahlung wird Sonnenlicht von Nebel, Dunst oder Wolken gestreut und trifft aus verschiedenen Richtungen auf; das Maximum ist im Zenit.
Globales Strahlungsangebot in der Schweiz im Mittel der Jahre 1981 bis 2000
Bild 6.1.1: Globales Strahlungsangebot in der Schweiz im Mittel der Jahre 1981 bis 2000 (Quelle: Meteotest).
  • Bei direkter Strahlung liegt das Maximum auf einer Fläche normal zur jeweiligen Sonnenposition.

6.1.2 Rolle der Gebäudegeometrie und Ausrichtung zur Sonne

Die Sonne wandert in der Schweiz – übers Jahr gesehen – rund 45°unterschiedlich hoch über den Horizont. Sie ändert ihre Position alle 4 Minuten um einen Azimutwinkel von 1° und steht dabei unterschiedlich hoch über dem Horizont. Himmel und Sonne könnte man für Solaranwendungen an Gebäuden als «tolerant» bezeichnen, denn Solaranlagen müssen nicht ausschliesslich nach Süden gerichtet oder 30° geneigt sein (vgl. Bilder 6.1.2 und 6.1.3):

  • 10° geneigte Süddächer weichen vom Maximum bloss um rund 5 % ab.
  • Vertikale Südfassaden weichen vom Maximum bloss etwa um 30 % ab.
  • Eine 10° nach Osten oder Westen geneigte Fläche bringt bloss 10 % weniger als das Maximum.
  • Selbst nordost- oder nordwestorientierte Vertikalfassaden erzielen immer noch 550 kWh/m²·a.

Nachgeführte Solaranlagen (Tracker, vgl. Bild 6.1.4) erzielen gegenüber fixen Solaranlagen rund 15 bis 38 % höhere Erträge. Dennoch finden Tracker wegen ihres höheren Platzbedarfs, antriebstechnischem Aufwand und aufgrund ihrer komplexeren Statik und Konstruktion nur selten Anwendung an Gebäuden.

Jährliche Sonneneinstrahlung in Zürich in Abhängigkeit von Neigungswinkel und Azimutwinkel
Bild 6.1.2: Jährliche Sonneneinstrahlung in Zürich in Abhängigkeit von Neigungswinkel und Azimutwinkel (kWh/m2)
(Quelle: Meteonorm 1995).

Sonneneinstrahlung in Abhängigkeit von Neigungswinkel und Azimutwinkel
Bild 6.1.3: Sonneneinstrahlung in Abhängigkeit von Neigungswinkel und Azimutwinkel (kWh/m2).

Nachgeführte Photovoltaik-Aufdachanlage bei Repower in Bever
Bild 6.1.4: Nachgeführte Photovoltaik-Aufdachanlage bei Repower in Bever (Architekt: Alessandro Forcella).

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2018-09-24T13:52:05+00:00
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