Solardachziegel, die unsichtbare PV-Lösung

Vom Boden aus betrachtet sind Solardachziegel nicht von herkömmlichen Tondachziegeln zu unterscheiden. Sie erzeugen jedoch mit den eingebauten Solarzellen Strom. Die Photovoltaik-(PV)-Anlage verschmilzt bei diesem Konzept mit dem Dach.

Solardachziegel und -pfannen sind PV-Module in Dachziegel- oder Dachpfannenform. Anders als herkömmliche Solarmodule, die per Haken und Schienen auf die bestehende Dachhaut aufgebracht oder darin eingelassen werden, kommen sie wie normale Ziegel und Pfannen als Dachhaut zum Einsatz und produzieren zugleich Solarstrom. Sie kommen hauptsächlich zum Einsatz, wenn die Ästhetik ganz oben auf der Liste steht.
Oft merkt der Betrachter gar nicht, dass hier eine PV-Anlage Solarstrom produziert. Ein weiterer Grund für den Einsatz von Solardachziegeln sind baurechtliche Auflagen wie der Denkmalschutz. Einige Städte untersagen den Bau von Photovoltaikanlagen, da hierdurch das Gesamtbild der zumeist historischen Innenstädte gestört sein soll.

Aktuelles Zugpferd Elon Musk
Seitdem nun auch Tesla angekündigt hat, in die Produktion von Solardachziegeln einzusteigen, hat dieses Konzept an Aufmerksamkeit gewonnen. Indes sind Solardachziegel keine Erfindung von Tesla, sondern werden bereits von einigen Unternehmen hergestellt. Eines davon ist der niederländische Hersteller ZEP B.V. Und während Tesla-Chef Elon Musk angekündigt hat, dass seine Solardachlösung ab diesem Jahr durch SolarCity angeboten wird, ist ZEP bereits aktiv und beliefert Hauseigentümer, Vertriebshändler und Bauunternehmen in den Niederlanden, Deutschland, England und Skandinavien.
Die Ironie: Der Auftritt von Musk schafft ZEP einen willkommenen Aufmerksamkeitsschub: Die Niederländer verzeichnen derzeit eine Steigerung von Tausenden von Besuchern pro Tag auf ihrer Website.

Neuer Schub?
Gibt das aber in der Praxis einen neuen Schub? Gebäudeintegrierte PV (Building Integrated Photovoltaic, BIPV) ist, obwohl noch klein, ein wachsender Markt, und vor allem die größeren Dachziegelhersteller investieren derzeit alle in BIPV. SolarPower Europe prognostiziert für BIPV mehr als 50% des Marktvolumens aller neuen Wohnprojekte in Europa (http://www.solarpowereurope.org/priorities/solar-buildings/).
Die Kosten für eine PV-Anlage mit Solardachziegeln sind im Vergleich zu Anlagen mit normalen Photovoltaikmodulen zwar höher. Doch mit den Ziegeln kann das Dach effizienter genutzt werden, insbesondere auf Walm- und Kehldach-Dachformen, die gerade im hochpreisigen Wohnungsbau beliebt sind. Und es gibt Programme, die darauf abzielen, die Kosten für multifunktionale gebäudeintegrierte BIPV zu senken (https://bipvboost.eu/).

Ein Solardach hat mehr auf der Pfanne
Die Technik der Solarziegel ist erstaunlich einfach: Es werden zwei gewöhnliche monokristalline Solarzellen, wie sie auch in Solarmodulen verbaut werden, in die Hauptfläche des Ziegels integriert, mit Glas bedeckt und in Reihe geschaltet. Auf der Rückseite befindet sich eine Aussparung für die Anschlussdose und die darauf befindlichen Anschlusskabel, welche mit MC4-Steckern vorkonfektioniert sind. Die Plus- und Minusleitung wird in die Anschlussdose geführt und verlässt über eine Aussparung auf der Rückseite den Nelskamp-Ziegel¹). Um die Sicherheit und den maximalen Ertrag zu gewährleisten, ist in jedem Solarziegel eine Diode verbaut, die bei Bedarf (z.B. Verschattung) in der Lage ist, die Stromzufuhr des Ziegels zu überbrücken. Jeder Ziegel hat eine Nennleistung von 9 W und einen Wirkungsgrad von etwa 20,22%.
Die auf einem Dach realisierbare Maximalleistung ist von der verfügbaren Dachfläche abhängig. Als Faustregel kann mit 10 Stück pro m² gerechnet werden, also etwa 90 W.Elektrische Planung
Da es sich bei Solarziegeln grundsätzlich um eine Vielzahl von Mini-Solarmodulen handelt und diese auch in verschatteten Regionen installiert werden, ist die Verwendung von Moduloptimierern für das aktive Schattenmanagement und für eine eventuelle spätere Fehlersuche unumgänglich. Voraussetzung für den Einsatz z.B. von ZEP-Ziegeln ist daher, dass Wechselrichter der Firma SolarEdge sowie die zugehörigen Moduloptimierer eingesetzt werden. Es werden ca. 30-40 Solardachziegel in Reihe auf einen SolarEdge Optimierer verschaltet. Sinnbildlich werden somit z.B. 30 Ziegel (60 Zellen) vom Optimierer wie ein normales Solarmodul behandelt. Eine genaue Berechnung anhand der Außenmaße ist schwierig, da sich die Ziegel überlappen. Eine einfache und gute Faustregel ist die Planung mit 10 Stück pro m² Dachfläche. Bei einer Dachfläche von 200 m² beispielsweise ergibt das überschlägig 2000 Ziegel und 50 Optimierer, bei 2000 Ziegel à 9 W_p eine Leistung von 18 kW_p.

Montage auf der Baustelle
Etwas komplizierter gestaltet sich die Montage, da jeder Ziegel mit dem nächsten auch elektrisch verbunden werden muss. Da jedes Dach eine andere Form, Neigung und Hindernisse im Dachverlauf aufweist, ist eine ordentliche Planung im Voraus absolut essentiell und erspart auf der Baustelle viel Zeit, Geld und Nerven. Mithilfe der Dachmaße lässt sich eine geeignete Verschaltung erstellen. Es empfiehlt sich, möglichst in Reihen zu arbeiten, sodass die Optimierer am Ende zum Anschluss leicht erreichbar und verbindbar sind.

Wartung der PV-Anlage
Wie herkömmliche Solarmodule besitzen die Solarziegel durch die vorhandene Dachneigung und die Verwendung von Glas als Schutzschicht einen natürlichen Selbstreinigungseffekt. Eine vollständige Vermeidung von Verschmutzung oder Vergrünung über einen längeren Zeitraum kann zwar nicht garantiert werden, jedoch wird der Einfluss durch die standardmäßige Verwendung von Optimierern minimiert.

Fazit
Neben den schon im Markt erhältlichen dachintegrierten Lösungen stellen die Solardachziegel eine beinahe unsichtbare PV-Lösung dar. Sie sind sowohl bei Dachsanierungen als auch bei Neubauten interessant. Die Kosten für eine PV-Anlage mit Solardachziegeln sind im Vergleich zu Anlagen mit normalen Photovoltaikmodulen deutlich höher. So kommen Solardachziegel hauptsächlich dann zum Einsatz, wenn die Ästhetik ganz oben auf der Liste steht.

Autor: Anita Hartmeyer, Krannich Group

¹) Die im Beitrag beschriebenen Solardachziegel basieren auf der traditionellen Nelskamp F10U Pfanne. ZEP gibt einige Grenzwerte für die mechanische Belastung sowie den Temperaturbereich vor. Abgesehen davon können auf jedem Dach, auf dem die Montage herkömmlicher Nelskamp-Ziegel möglich ist, auch ZEP-Ziegel verwendet werden. Die Haltbarkeit der Solardachziegel zur herkömmlichen Bepfannung unterscheidet sich laut Hersteller nicht.