Flexible Solarmodule-Hinterlüftung: Niedrigere Temperatur, höhere Leistung

Es ist ganz einfach: Werden Solarmodule zu warm, erzeugen sie weniger Solarstrom. Eine durchdachte und gut umgesetzte Hinterlüftung hingegen sorgt für eine regelmäßige Luftzirkulation und gute Wärmeableitung. Das vermeidet einen Temperaturstau und kühlt die Module. Wie stark die Auswirkungen eines Temperaturstaus auf der Modulrückseite sind, gibt der Temperaturkoeffizient an. Für jedes zusätzliche Grad Umgebungstemperatur – in der Regel ab über 25 Grad – weist er den prozentualen Leistungsverlust aus. Für kristalline Solarmodule liegt dieser bei etwa 0,5 Prozent. In der Regel weisen Hersteller diesen in den technischen Datenblättern ihrer Systeme aus.  

Doch nicht nur der mögliche Leistungsverlust ist ein Argument für eine flexible Solarmodule-Hinterlüftung. Sie trägt darüber hinaus auch zur Vermeidung von Hotspots bei. Diese können durch Temperaturunterschiede entstehen, wenn aufgrund von Verschattungen bestimmte Bereiche weniger Sonnenlicht ausgesetzt sind als benachbarte Zellen und so Sonnenlicht ungleichmäßig verteilt wird. Temperaturschwankungen und Hitze wirken sich wiederum negativ auf die Lebenserwartung von Solarzellen aus. Der Luftaustausch sorgt also nicht nur für eine bessere Leistung, er erhöht auch die Lebensdauer von Solarlösungen. 

Übrigens: Über die Erwärmung von Solarzellen wird häufig im Zusammenhang mit dachintegrierten PV-Lösungen diskutiert, obwohl tatsächlich alle gebäudeverbundenen Anlagentypen Leistungseinbußen aufgrund von Erhitzung aufweisen können. Lediglich in der Freifläche installierte Solaranlagen sind aufgrund der uneingeschränkten Belüftung selten bis kaum von Leistungsverlusten aufgrund von Erhitzung betroffen.

Je nach Solarmodul- und Anlagentyp variiert die mögliche Umsetzung einer Hinterlüftung. Während einige PV-Module beispielsweise auf erhöhten Montagerahmen installiert werden, weisen wieder andere Module spezielle Strukturen auf der Rückseite auf, um darüber einen Luftspalt zu schaffen. In jedem Fall muss durch die gewählte Konstruktion ein ausreichender Luftaustausch gewährleistet werden, um überhaupt einen kühlenden Effekt für die Anlagen zu erreichen.  Fachbetriebe wissen, welche Anlage und welche Solarmodule-Hinterlüftung am besten zum Dach passen. 

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Aufdach-PV: Flexible Solarmodule-Hinterlüftung

Soll eine typische Aufdach-Photovoltaikanlage errichtet werden, empfiehlt sich für eine gute Luftzirkulation ein Mindestabstand von zehn Zentimetern zwischen Dachziegeln und Solarmodulen. Aufgrund der erhöhten Montage erfolgt die Kühlung der Solarmodule über Konvektionsluft bzw. den Kamineffekt: Die Luft strömt von der unteren Modulreihe nach oben und kühlt damit die Rückseite der Module. Je steiler ein Dach, desto ausgeprägter ist dieser Effekt. Doch damit dieser Effekt überhaupt greift, darf der Abstand der untersten Modulreihe nicht verdeckt sein. 

Für Aufdachanlagen gibt es spezielle höhenverstellbare Dachhaken, so dass der passende PV-Module Abstand leichter umsetzbar ist. Eine weitere Möglichkeit sind sogenannte Kreuzschienensysteme, über die die Abstände zwischen Dach und Solarmodulen für die Hinterlüftung geregelt werden. 

Hinterlüftung für gebäudeintegrierte PV und Indachmodule

Etwas schwieriger als bei der Aufdachanlage gestaltet sich die Solarmodule-Hinterlüftung bei Indachsystemen oder gebäudeintegrierter Photovoltaik. Aufgrund baulicher Gegebenheiten ist es insbesondere im Bestand schwierig, gute Bedingungen für eine optimale Luftzirkulation zu schaffen. Auch, weil die Anlage die Eigenschaften der Dacheindeckung übernimmt und damit für Regensicherheit und Brandschutz “zuständig” ist. Damit stellen sich zusätzliche Anforderungen an die Indach-Photovoltaik-Hinterlüftung – schließlich soll das Dach dicht und gut geschützt sein.

Um sowohl eine langlebige als auch regensichere Dacheindeckung zu gewährleisten, kann für Indachsysteme eine spezielle Unterkonstruktion aus Aluminium zum Einsatz kommen. Mögliche Leistungsverluste aufgrund von Überhitzung oder zu starker Erwärmung wird mit Lüftungsschlitzen in der Modulunterkonstruktion sowie mit einer hinterlüftenden Dachdeckung in der Konterlattenebene entgegengewirkt. Eine Zahnleiste am Modulfuß kann für eine zusätzliche Hinterlüftung sorgen. Indach-Systeme ohne Lüftungsschlitze können etwa 5,4 Prozent des jährlichen Ertrags verlieren, ergaben Simulationsrechnungen der Hochschule Bielefeld. Reduzieren lassen sich diese Verluste jedoch nicht nur durch eine passende Hinterlüftung, auch eine Kühlung der Oberfläche durch Wind kann helfen.  

Hinterlüftung von Solardachziegeln

Ein Dach muss mehr leisten, als vielen Menschen bewusst ist. Unterschiedliche Witterungsbedingungen verlangen ihm einiges ab. Ob Frost, Niederschläge, Wind oder UV-Strahlung: Ein Dach muss diesen äußerlichen Bedingungen zuverlässig standhalten. Das geschieht nicht nur über eine stabile Dach-Außenfläche, beispielsweise über Dachziegel, sondern auch über clevere Be- und Entlüftungskonzepte. Der Fokus liegt dabei in erster Linie darauf, die Feuchtigkeit vom Dach weg zu transportieren. Feuchtigkeit entsteht sowohl durch äußere Witterungseinflüsse, als auch durch Bewohner und Bewohnerinnen, beispielsweise wenn sie duschen, waschen oder kochen.

Vier bis fünf Zentimeter sind ein übliches Maß für die Hinterlüftung klassischer Dachziegel. Erreicht wird die Hinterlüftung von Ziegeldächern beispielsweise durch spezielle Lüfterziegel oder Lüftersteine, die ganz einfach mit in die Dachfläche eingedeckt werden. Aufgrund ihrer speziellen Form kann frische Luft von unten her einströmen, hinter der Dacheindeckung über die Dachfläche nach oben ziehen und am First die Feuchtigkeit abtransportieren. Doch während es hier wie erwähnt primär um das Abführen von Feuchtigkeit geht, muss bei Solardachziegeln zusätzlich Wärme abgeführt werden. Das funktioniert ähnlich wie der Abtransport der Feuchtigkeit. Die Solardachziegel von Creaton oder Jacobi Walther mit der Technologie von Autarq ermöglichen eine geregelte Luftzirkulation hinter der Oberfläche, wie bei einem traditionellen Dach. Feuchtigkeit und Wärme werden abgeleitet, während das Solardach auch an warmen Tagen zuverlässig Strom erzeugt.

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Einschränkungen bei der Hinterlüftung von Photovoltaik

Gerade bei Bestandsbauten kann es manchmal schwierig sein, bestimmte Abstände zwecks Hinterlüftung einzuhalten. Je nach Dachtyp und geplanter Anlagenart ist beispielsweise ein Zwischenraum von zehn Zentimetern nicht ohne weiteres realisierbar. Hier ist klar im Vorteil, wer neu baut oder sein Dach saniert. Bauherr:innen und Dachsanier:innen können in dem Fall entsprechende Hinterlüftungsmaßnahmen sowie den nötigen Platz einplanen.

Abhängig vom Dach und den baulichen Vorbedingungen ist es nicht immer möglich, eine geeignete Hinterlüftung für eine Solaranlage umzusetzen. Installiert werden kann eine Anlage in dem Fall trotzdem. Anlagenplaner und Hausbesitzerinnen sollten sich allerdings darüber im Klaren sein, dass sie bei sommerlichen Temperaturen mit Ertragseinbußen rechnen müssen. Diese wiederum haben Auswirkungen auf den Amortisationszeitpunkt der Anlage.

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Die Hauptgefahr der zu hohen Betriebstemperaturen liegt in den Leistungseinbußen der Solarzellen. Doch nicht nur der Leistungsabfall durch die Hitze kann zum Problem werden, auch die Lebensdauer der Solaranlage ist unter Umständen durch die fehlende Hinterlüftung beeinträchtigt. Für höchste Effizienz und eine möglichst lange Lebensdauer der PV-Anlage empfiehlt es sich, Maßnahmen zur Belüftung rechtzeitig zu planen.

Ist eine Modul-Hinterlüftung baurechtlich oder von der Versicherung vorgeschrieben?

Nein, eine Pflicht für eine besondere Solarmodule-Hinterlüftung wird weder baurechtlich noch von Photovoltaik-Versicherungen gefordert. Bei Versicherungen gilt es allerdings immer einen genauen Blick in die Versicherungsbedingungen zu werfen. Ist eine Solaranlage nicht ordnungsgemäß installiert oder angeschlossen, greift der Versicherungsschutz nicht. Inwieweit eine nicht vorhandene oder nicht ausreichende Hinterlüftung als nicht ordnungsgemäße Installation gewertet wird, hängt vom Einzelfall und der jeweiligen Versicherung ab. Zudem könnten bestimmte Versicherungsbereiche, beispielsweise eine Absicherung gegen Leistungsverlust, bei einer fehlenden Solarmodule-Hinterlüftung aus den Versicherungsbedingungen ausgeschlossen werden.

Wie eingangs erwähnt: Mit jedem Grad über 25 Grad Außentemperatur sinkt die Leistung der Anlage. Doch rechtfertigt das jegliche Anstrengungen zur Umsetzung von Hinterlüftungsmaßnahmen? Die Fachhochschule Bielefeld zeichnet ein anderes Bild. Simulationsrechnungen der Bielefelder haben ergeben, dass eine Aufdachanlage selbst unter den besten Bedingungen –  einem größeren Abstand als den empfohlenen zehn Zentimetern – im Jahresmittel 1,8 Prozent weniger Strom produziert, als eine auf einer Freifläche installierte Anlage. Auch mit 15 Zentimetern Abstand zum Dach wird stellenweise bei den Solarzellen immer noch eine Temperatur von 53 Grad erreicht, etwa sechs Grad mehr als auf freier Fläche. Das heißt nicht, dass eine flexible Solarmodule-Hinterlüftung nicht sinnvoll ist. Es zeigt aber, dass eine Hinterlüftung nicht das “Allheilmittel” gegen wärmebedingte Effizienzverluste ist und es auf und in Gebäuden weiterhin zu wärmebedingten Verlusten kommen kann.

Je höher die Temperatur, desto höher der Leistungsverlust – ein gutes Argument für die ausreichende Hinterlüftung von Solaranlagen. Das zu erreichen, ist grundsätzlich kein Hexenwerk. Dennoch können die Umstände im Bestand eine Umsetzung manchmal komplizierter machen, als bei Neubau- oder Sanierungsvorhaben. Versierte Fachkräfte und erfahrene Solarteure finden auch für herausfordernde Dächer Lösungen, um die Effizienz von Solaranlagen zu gewährleisten. Und wenn sich mal keine gute Lösung zur flexiblen Solarmodule-Hinterlüftung findet: Sinnvoll bleibt die Investition in eine Solaranlage auf jeden Fall. Es dauert in dem Fall nur ein bisschen länger, bis sie sich rentiert hat.