Solar­energie:
Dach oder Fassade?

In Zürich stehen die Zeichen klimapolitisch auf Veränderung. Nicht nur bei CO2-Emissionen, sondern auch bei der Photovoltaik für Solarfassaden und Solardächer. Bis 2030 sollen mit ihr 10 Prozent des Stadtzürcher Stromverbrauchs gedeckt werden. Bei den gegenwärtigen politischen Verhältnissen im Gemeinderat dürfte der Vorstoss einer Klimaallianz von SP, GLP, Grünen und der AL zuhanden der Stadtregierung gute Chancen auf Erfolg haben. Zurzeit stammen in Zürich knapp 1 Prozent des Stromverbrauchs aus der Solarenergie.

Um das angestrebte Ziel zu erreichen, müsste in den nächsten Jahren ein erheblicher Ausbau der Photovoltaikanlagen in Zürich betrieben werden. Nebst dem politischen Willen, den rechtlichen Grundlagen und den finanziellen Fragen spielen aber auch andere Überlegungen in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle: Wie steht es um das Potenzial von Gebäuden in Städten zur Nutzung der Sonne als Stromquelle? Oder: Welche neuen Ansätze im Bereich der Photovoltaik eignen sich für die Ausschöpfung der Solarenergie im urbanen Kontext besonders?

Hohes Solarstrompotenzial in der Schweiz

Schweizweit gesehen ist das Potenzial der Solarenergie an und auf Gebäuden enorm. Im April 2019 ging sonnenfassade.ch online. Auf der Seite des Bundesamts für Energie (BFE) lässt sich das Potenzial von Fassaden zur Nutzung von Solarenergie für jede Immobilie in der Schweiz festmachen. Mit sonnendach.ch existiert eine vergleichbare BFE-Seite für Dächer. Mittels solarpotenzial.ch erhalten ewz-Kundinnen und -Kunden in der Stadt Zürich einen direkten Kostenvergleich mit ihrem aktuellen Stromprodukt und erfahren, ob sich eine eigene Solaranlage lohnt.

Diese Webseiten ermöglichen nun erstmals, das gesamte, ausschöpfbare Solarstrompotenzial von Schweizer Gebäuden zu ermitteln. Bei den Hausdächern liegt es bei 50 Terawattstunden (TWh) und bei den Fassaden bei 17 TWh. Die zusammengenommenen 67 TWh entsprechen in etwa 110 Prozent des aktuellen Stromverbrauchs in der Schweiz. 2017 lieferte die Solarstromproduktion 1,7 TWh. Eine Vervielfachung der Solarstromproduktion um den Faktor 40 wäre in der Schweiz also theoretisch denkbar. Für Sergio Taiana, Projektleiter Handel Erneuerbare Energie bei ewz, ist klar: «In Zürich existiert das technische Potenzial dafür, dass man mittel- bis längerfristig 10 bis 20% der städtischen Stromversorgung mit Solarstrom decken könnte.»

Gebäudeintegrierte Photovoltaik erfüllt diverse Zwecke

Eine Möglichkeit, dieses Solarenergiepotenzial in Zukunft verstärkt auszuschöpfen, stellt die Gebäudeintegrierte Photovoltaik (GiPV), häufig auch «building-integrated photovoltaic» (BIPV) genannt, dar. In der jüngeren Vergangenheit wird dieser Ansatz wieder verstärkt diskutiert und auch baulich umgesetzt.

Im Prinzip geht es dabei um die Integration von Photovoltaikmodulen in Gebäudehüllen. Im Vordergrund sollen dabei aber nicht nur der erzeugte Strom, sondern auch die Multifunktionalität der verwendeten Module stehen. So können diese beispielsweise auch zu Schalldämmzwecken oder als Witterungsschutz im Gebäudebereich eingesetzt werden. Klassische Beispiele für die GiPV sind Solarfassaden und Solardächer.

In einer Studie im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms «Energiewende» (NFP 70) haben Forscher der EPFL, der Universität St. Gallen, der Hochschule Luzern und der Hochschule für Technik und Architektur Freiburg die GiPV auf ihre ästhetische, ökologische und ökonomische Eignung untersucht. Fallbeispiele und Umfragen bei Bauherren haben dabei auch für das urbane Umfeld gezeigt, dass die GiPV hier immer mehr auf Zustimmung stösst.

Politischer Wille, öffentliche Diskussion und Akzeptanz

Knapp 85% der Schweizer Bevölkerung lebt heute in städtischen Kernräumen oder deren Einflussgebieten. Im Rahmen der Energiewende spielt das urbane Umfeld eine wichtige Rolle. Hier wird am meisten Energie verbraucht, und von hier aus werden auch immer wieder Initiativen in diesem Zusammenhang angestossen und neue technische Ansätze entwickelt.

Gleichzeitig sind Städte aber auch Orte, wo viel Potenzial für die Nutzung von erneuerbaren Energien existiert. Soll die Energiewende gelingen, so muss auch dieses vermehrt ausgeschöpft werden. Die Solarenergie und die GiPV im Speziellen könnten in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle spielen.

Einer der Hauptgründe dafür ist der hohe Altbaubestand in Schweizer Städten. «Gerade im Zusammenhang mit der Sanierung bestehender Gebäude erleben wir heute, dass ein Einbezug der PV im Bereich der Dächer immer mehr zur Normalität wird. Dadurch, dass in den letzten Jahren die Preise hier so massiv gesunken sind, sind diese Anlagen heute wirtschaftlich und auch konkurrenzfähig geworden», so Taiana. «Anders als noch vor einigen Jahren ist Photovoltaik heute keine Frage des Images mehr.»

Gemäss den Angaben des Schweizerischen Ingenieur- und Architektenvereins (sia) werden heute pro Jahr knapp 1 Prozent des Schweizer Gebäudebestands saniert. So dürfte es entsprechend lange dauern, dass die Photovoltaikanlagen auf «organische» Weise Einzug in die Städte halten wird. Die Zeichen verdichten sich aber, dass der politische Wille, diesen Prozess in Form von Lenkungen, Förderungsmassnahmen und Rahmenbedingungen zu forcieren, immer mehr vorhanden ist. Gleichzeitig braucht es aber auch eine verstärkte öffentliche Diskussion, die die Akzeptanz der Photovoltaik in den Städten fördert. Damit könnte Einsprachen und Verboten vorgebeugt werden. Denn gerade für solche existiert in Städten ein grosses Potenzial.

Solardach oder Dachbegrünung?

Bei der Nutzung der Solarenergie im städtischen Umfeld ergeben sich immer wieder ganz spezifische Konflikte. Ein gutes Beispiel dafür ist die Frage, wie der beschränkte Platz in der Stadt genutzt werden soll: für Solarenergieanlagen oder beispielsweise für Dachbegrünungen?

Ähnlich verhält es sich bei den Überlegungen zur Ästhetik, im Bereich des Denkmalschutzes oder im Rahmen von Baubewilligungen. «Es stellt sich dabei halt immer auch die Frage, in welche Richtung man grundsätzlich gehen möchte, und man wägt die Vorteile ab», so Taiana.

Gerade die Ansätze der Gebäudeintegrierten Photovoltaik können in Zukunft hier aber eine gute Chance sein, solche Konflikte zu entschärfen und einen Mehrfachnutzen zu ermöglichen. «Nicht selten gibt es heute kombinierte Lösungsmöglichkeiten, mit denen die verschiedenen Bedürfnisse abgedeckt werden können. Manchmal müssen dabei aber auch Kompromisse geschlossen werden», so Taiana.

Eher Solardächer als Solarfassaden

«Grundsätzlich unterscheiden sich Stadt und Land punkto Sonneneinstrahlung in der Schweiz nicht stark voneinander», meint Taiana. Anders verhält es sich aber bei der Art und Weise, wie diese Sonneneinstrahlung genutzt werden kann. Auch hier stellen Städte einen Sonderfall dar: «Jedes Kilowatt, das gewonnen werden kann, ist wertvoll. Aber die Frage der Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage bleibt dabei immer zentral.»

Für Taiana liegt denn auch der Fokus der Gebäudeintegrierten Photovoltaik im Moment noch hauptsächlich im Bereich der städtischen Dächer. Das hängt mit dem tieferen Wirkungsgrad der Solarfassaden zusammen: «Genau dann, wenn die Sonneneinstrahlung für Solarfassaden am besten wäre, haben wir in der Stadt den Schattenwurf anderer Gebäude. Zudem haben Fassaden bei Altbauten viele Fenster, die ganz spezifische Module für die Fassadenfläche notwendig machen. Das verteuert die Anlage.»

Unterschätzen darf man dabei aber den visualisierenden Aspekt der Gebäudeintegrierten Photovoltaik nicht. Was manch einer nicht gerne auf dem Dach sieht, hat die Photovoltaik in der jüngeren Vergangenheit in Form von Fassaden in die Städte getragen. Für die Verbreitung der Solarenergie war das förderlich.

Wegbereiter machen den Anfang

Gute Beispiele dafür, wie die Gebäudeintegrierte Photovoltaik schon heute in Zürich Einzug gehalten hat, sind die Kraftwerkzentrale des ewz-Energieverbunds Aargauerstrasse, aber auch das AWN-Gebäude der Kläranlage Werdhölzli (siehe Bild oben in der Limmatschlaufe).

Bei der Erstellung beider Objekte realisierte ewz grossflächige Photovoltaik-Elemente. So wurde in die Südfassade der Kraftwerkzentrale eine 325 Quadratmeter grosse Anlage integriert, und beim 2018 eingeweihten AWN-Gebäude wurden Anlagen realisiert, die die Kläranlage mit Solarstrom versorgen. Aktuell werden in Zusammenarbeit zwischen ewz und ERZ fünf weitere Gebäude der Kläranlage mit 2500 Photovoltaik-Panels ausgestattet, und eine Überdachung der Klärbecken mit PV-Modulen ist im Gespräch.

Aber auch das 1982 erstellte Mehrfamilienhaus an der Hofwiesen-/Rothstrasse, das zwischen 2015 und 2016 komplett erneuert wurde und heute über eine Photovoltaikfassade verfügt, ist ein gutes Beispiel für die GiPV im urbanen Raum. Nicht zuletzt dank der Fassade wurde der Bau zu einem PlusEnergie-Gebäude.

Solche innovativen Projekte gelten als Wegbereiter der Gebäudeintegrierten Photovoltaik in unseren Städten. Für die Nutzung der Solarenergie sind sie von Bedeutung und zeigen auf, was derzeit im Bereich des Möglichen liegt. Künftig soll das Solarpotenzial auch im urbanen Raum noch viel stärker ausgeschöpft werden. Heute steht man hier aber noch am Anfang eines langen Weges, und zahlreiche Hürden werden dabei zu nehmen sein. Notwendige Anfänge dazu sind bereits getan.