Vertikale Solarpaneele erweisen sich als neue Lösung für nördliche Regionen und liefern 20 Prozent mehr Energie als herkömmliche Paneele.
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Norwegens nationales Fußballstadion hat eine weniger bekannte Hauptattraktion: 1.242 Solarzellen, die sich über das Dach erstrecken.
Dabei handelt es sich nicht um herkömmliche Flachdachpaneele. Die kleinen, quadratischen Solarpaneele unterscheiden sich in zwei wesentlichen Punkten von denen, die man normalerweise auf Gebäuden sieht: Sie sind bifazial, d. h. sie haben zwei aktive Seiten, und sie sind vertikal installiert.
Im Juni 2024 wird im Ullevaal-Stadion in Oslo die weltweit größte vertikale Solaranlage auf einem Dach installiert, womit das Stadion eine Vorreiterrolle im Bereich der erneuerbaren Energien einnimmt.
Auf den ersten Blick sehen die Paneele zerbrechlich aus, und man könnte sich Sorgen machen, auf sie zu treten. Bei einem Besuch des Stadions erfahren wir jedoch schnell, dass sie bei der Erzeugung von Solarstrom unglaublich effizient sind.
Das Ullevaal-Stadion hat sich das ehrgeizige Ziel gesetzt, jährlich mindestens 250.000 Kilowattstunden (kWh) Strom zu erzeugen, was in etwa dem Energiebedarf von 71 Haushalten für ein ganzes Jahr entspricht.
Diese bifacialen vertikalen Solarmodule sind die einzige Lösung, die diese Zahlen erreichen kann, insbesondere in kälteren, weniger sonnigen Regionen. Wenn das Ziel erreicht ist, wird das Stadion die Installation auf andere Seiten des Daches ausweiten.
Was ist der Unterschied zwischen vertikalen und horizontalen Solarmodulen?
Es mag kontraintuitiv erscheinen, Solarmodule nicht so zu neigen, dass sie direkt der Sonne zugewandt sind, da die Anlagen in der Regel so ausgerichtet sind, dass sie mit dem Breitengrad übereinstimmen, auf dem sich die Gebäude befinden. Jüngste Studien zeigen jedoch, dass bifaziale, vertikale Photovoltaik-Paneele (PV-Paneele) herkömmliche Modelle in Bezug auf die Energieerzeugung übertreffen können.
Wissenschaftler der niederländischen Forschungsorganisation TNO haben untersucht, warum dies der Fall ist. Es liegt nicht daran, dass bifaciale Solarpaneele zwei identische, aber gegenüberliegende Seiten haben, sondern daran, dass herkömmliche, geneigte PV-Paneele dazu neigen, bei zu starker Sonneneinstrahlung zu überhitzen.
"Niedrigere Betriebstemperaturen entsprechen einer höheren Leistung", erklärt Bas van Aken, Wissenschaftler bei TNO.
"PV-Paneele verlieren etwa 1 Prozent ihrer Leistung pro 2 bis 3 Grad Celsius Erwärmung. PV-Anlagen auf geneigten Dächern können sich leicht um 50 Grad erwärmen, während bei PV-Anlagen auf Freiflächen die Paneele bis zu 25 bis 30 Grad wärmer werden als die Umgebungsluft", fügt er hinzu.
Vertikale Solarmodule können bis zu 20 Prozent mehr Energie liefern, was sie in Klimazonen mit strengen und dunklen Wintern wertvoll macht, wo die Maximierung der Energieproduktion während der kürzeren Tage entscheidend ist.
Im Ullevaal-Stadion sind die Paneele direkt der Sonne zugewandt, wobei das PV-System in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet ist, um das Licht während der Spitzenzeiten am frühen Nachmittag einzufangen. "Wir haben uns für diese Ausrichtung entschieden, weil wir im Winter, wenn die Strompreise höher sind, mehr Energie erzeugen wollen", sagt Lise Kristin Sunsby, die Immobilienmanagerin des Stadions.
Das Stadion verwendet vertikale Paneele, die von dem norwegischen Start-up-Unternehmen Over Easy Solar entwickelt wurden, das seine Erfindung bereits auf anderen Gebäuden in Norwegen getestet hatte, bevor es den Auftrag für das Dach der Fußballarena erhielt.
Trygve Mongstad, CEO von Over Easy Solar, arbeitete zuvor als Installateur von Solarmodulen und stellte fest, dass herkömmliche PV-Anlagen auf Dächern schwierig zu befestigen sind, da sie sowohl schwer als auch zeitaufwändig zu installieren sind. Mit seinen neuen vertikalen Paneelen ist der Prozess leichter, was die Kosten senkt und die Ausführung erleichtert: "Wir haben vier Tage gebraucht, um alle diese Einheiten zu installieren", sagt Mongstad.
Vertikale PV-Paneele profitieren auch vom Albedo-Effekt, bei dem Schnee, der zwischen den Reihen fällt, das Sonnenlicht auf die Paneele reflektiert und so den Energieertrag erhöht.
Im Gegensatz dazu erfordern horizontale oder geneigte Paneele einen hohen Wartungs- und Reinigungsaufwand nach Schneestürmen in nördlichen Regionen oder Sandstürmen in südlichen Klimazonen, die beide die Energieerzeugung für ganze Tage blockieren können.
Over Easy Solar verfügt inzwischen über 30 Solaranlagen in 11 europäischen Ländern, darunter Spanien und die Schweiz. Das Unternehmen hat beobachtet, wie sich sein Produkt auch in südlichen Regionen bewährt. "Es schneidet gut ab, vor allem in Kombination mit weiß gefärbten Dächern, die stark reflektieren und in heißeren, sonnigeren Ländern üblich sind, um die Wärmeabsorption zu verringern", erklärt Mongstad.
Was ist die Zukunft für vertikale Solarpaneele?
Die Umwandlung von öffentlichen Einrichtungen in Energieerzeuger findet immer mehr Verbreitung.
Die O2-Arena in London, Europas größtes überdachtes Veranstaltungszentrum, und das türkische Galatasaray-Stadion sind Beispiele dafür, wie Unterhaltungseinrichtungen auf Nachhaltigkeit setzen, indem sie Lösungen für erneuerbare Energien in ihren Betrieb integrieren, die ihnen auch helfen, Kosten zu senken.
Da Städte bestrebt sind, ihre CO2-Bilanz zu verbessern, wächst die Nachfrage nach effizienteren, platzsparenden Solarenergielösungen nicht nur an öffentlichen Veranstaltungsorten.
Diese Paneele können auch mit begrünten Dächern kombiniert werden, die den Städten helfen, CO2 zu absorbieren und umweltfreundlicher zu werden - eine Funktion, die bei geneigten Paneelen nicht möglich ist. In Deutschland werden Balkonkraftwerke - kleine Paneele, die auf Wohnungsterrassen installiert werden - immer beliebter, um den individuellen Energieverbrauch auszugleichen.
Vertikale PV-Paneele können auch in Lärmschutzwänden entlang von Autobahnen oder auf Bauernhöfen eingesetzt werden. "Die kleine [vertikale] Grundfläche ist vorteilhaft, da sie einen ausreichenden Zugang zu den Pflanzen zwischen den Reihen ermöglicht. Sie reduziert die Abschattung zwischen den Reihen und sie fängt auch weniger Regen ab im Vergleich zu normalen, geneigten Systemen", erklärt van Aken, der an einem Pilotprojekt für Agrarfotovoltaik in den Niederlanden arbeitet.
Vertikale Solarpaneele sind eine aufstrebende Technologie, die wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei der Energiewende spielen und der EU helfen wird, ihr verbindliches Ziel eines Anteils von 42,5 Prozent erneuerbarer Energien bis 2030 zu erreichen.
Der Europäischen Kommission zufolge kann die Integration dieser Technologie Europa dabei helfen, seine Energiepreisschwankungen auszugleichen und für mehr Energiesicherheit zu sorgen.
Die vertikale Photovoltaik ist jedoch nicht Teil eines Wettlaufs, bei dem jeder gewinnt. Mongstad geht davon aus, dass es in absehbarer Zeit keinen Wechsel von horizontalen zu vertikalen PV-Anlagen geben wird; dieser Wechsel wird eher dann stattfinden, wenn ältere Anlagen das Ende ihres Lebenszyklus erreichen und die Unternehmen dann die alten Module durch vertikale ersetzen könnten.
Nur ein Mix aus verschiedenen Neigungen - von vertikal bis horizontal und Ausrichtungen von Ost nach West und von Süd nach Nord - wird dazu beitragen, den ganzen Tag über konstante Energie zu erzeugen und die Energiepreise auf dem Kontinent weiter zu stabilisieren.