Einführung

In der heutigen Entwicklung der Solarenergie dominieren Aufdach- und Freiflächen-PV-Anlagen. Doch die wachsende städtische Dichte, begrenzte Dachflächen und der Vorstoß in die gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) verlagern den Fokus auf vertikale PV-Solaranlagen - Paneele, die an Wänden oder Fassadenflächen montiert werden. In diesem Artikel wird untersucht, wie vertikale PV-Anlagen (auch als wandmontierte PV-Anlagen oder Solarfassadensysteme bezeichnet) eine neue Grenze für den Einsatz von Solarenergie darstellen. Wir befassen uns mit Leistungsvorteilen, technischen Überlegungen, Markttrends und damit, wie Sunpal dieses ungenutzte Potenzial nutzen kann.

Warum die vertikale Solar-PV an Attraktivität gewinnt

• Die Urbanisierung und die Ziele für erneuerbare Energien treiben die Suche nach Alternativen zu Dächern voran.
• Vertikale Anlagen ermöglichen die Nutzung von Gebäudeoberflächen (Ost-/West-/Nord-/Süd-Fassaden) zur Stromerzeugung, wenn der Platz auf dem Dach begrenzt ist.
• Fortschritte in bifaciale Solarmodule, n-Typ-Siliziummodule und Zelltechnologien mit höherem Wirkungsgrad den Ertrag von Wandinstallationen zu verbessern.
• Architekten und Bauherren integrieren zunehmend Solarfassadensysteme in die Planungsanforderungen für grüne oder Netto-Null-Gebäude.

Diese Faktoren zusammengenommen machen die vertikale Photovoltaik zu einer ergänzenden Strategie und nicht nur zu einer weniger effizienten“ Unterstützung für Standard-Dachanlagen. Sie eröffnet Solarmöglichkeiten an Hochhauswänden, Garagen, Lärmschutzwänden und Industriefassaden.

Leistung und technische Vorteile

Beispiel für bifaciale / vertikale Verstärkung

Eine kürzlich durchgeführte Studie über vertikale bifaziale PV (VBPV) ergab im Vergleich zu einer herkömmlichen vertikalen monofazialen PV-Anlage saisonale durchschnittliche Leistungsgewinne von +11,4% im Frühjahr, +8,1% im Sommer, +10,9% im Herbst und +12,5% im Winter.

Am frühen Morgen/späten Nachmittag erreichten die Gewinne gegenüber herkömmlichen Modulen mit fester Neigung über 20%.

Schaubild 1: Saisonaler relativer Energiegewinn für vertikale bifaziale gegenüber monofazialen Anlagen

Weitere technische Vorzüge sind:

• Bessere Leistung im Winter und bei diffusem Licht - senkrecht ausgerichtete Paneele können das Licht der Morgen- und Abendsonne oder des tief stehenden Lichts aufnehmen, was eine stabilere Stromerzeugung über die Jahreszeiten hinweg ermöglicht.
• Geringere Verschmutzung und Staubansammlung - vertikale Oberflächen sind weniger anfällig für Staubablagerungen und können von der Regenwäsche profitieren.
• Thermisches Verhalten: Einige Untersuchungen (z. B. die niederländische Studie) zeigen, dass vertikale Arrays kühler laufen als horizontale Pendants und bei gleicher Bestrahlungsstärke eine etwas höhere Spannung und Leistung liefern.
• Albedo/Reflexionsverstärkung: Vertikal montierte bifaciale Module können das von benachbarten Oberflächen (Boden, Wände) reflektierte Licht nutzen und so den effektiven Ertrag erhöhen (die bifaciale Verstärkung reicht je nach Aufbau oft von ~5% bis zu 30%).

Die Modellierung von vertikalen Solaranlagen ist jedoch komplexer: Die Abweichungen bei der Vorhersage der Bestrahlungsstärke sind bei vertikalen Anlagen tendenziell höher als bei Anlagen mit fester Neigung, insbesondere in höheren Breitengraden.

Überlegungen zu Design und Installation

Strukturelle und architektonische Integration

• Für die Wandmontage von PV-Anlagen sind spezielle Rahmen- oder Fassadenmontagesysteme erforderlich. Tragfähigkeit, Windlast, Regenwasserableitung und Brandschutzvorschriften müssen berücksichtigt werden.
• Die architektonische Gestaltung muss die Photovoltaik ästhetisch integrieren - bündige Montage, Glas-PV-Paneele oder Solarfassadenverkleidungen können erforderlich sein.

Elektrisch & Systemdesign

• Die Ausrichtung spielt eine Rolle: Vertikale, nach Ost-West ausgerichtete Arrays liefern zwei Spitzenwerte (morgens/abends) anstelle eines einzigen Mittagswertes.
• Wechselrichter, Verkabelung und elektrische Sicherheit (z. B. Brandschutz, Isolierung von der Gebäudehülle) müssen den örtlichen Normen entsprechen.
• Verschattungen durch Nachbargebäude, Bäume oder die interne Selbstverschattung von Fassadenmodulen müssen simuliert werden (z. B. mit PVsyst oder anderen Tools), um den Ertrag zu optimieren.

Regulierung & Einhaltung von Vorschriften

• Die Bauvorschriften können maximale Wind- oder Schneelasten für Fassaden festlegen, feuerbeständige Verkleidungssysteme vorschreiben und den Zugang für Wartungsarbeiten vorschreiben.
• Zertifizierungen wie LEED / WELL / Netto-Null-Gebäude-Standards erwarten zunehmend integrierte Lösungen für erneuerbare Energien; vertikale Solarenergie kann als Teil der Fassadenleistung angerechnet werden.

Anwendungsfälle & Anwendungen

Vertikale PV-Anlagen eignen sich für mehrere Bereiche:

• Hohe Geschäfts- oder Wohngebäude - Fassaden, die auf der Ost- oder Westseite Sonnenlicht erhalten.
• Industrielle Lagerhäuser und Fabriken - hohe Seitenwände können stundenlanges Tageslicht erhalten, wenn das Dach schattig oder klein ist.
• Infrastruktur und Lärmschutzwände - Lärmschutzwände für Autobahnen oder Schienen können als Energieerzeuger dienen.
• Schallschutzwände oder Zäune in städtischen Gebieten und auf Autobahnen.

Abbildung 2: Vergleich typischer Anwendungsfälle

Diese Anwendungsfälle zeigen, dass vertikale Systeme die elektrischen Lasten eines Gebäudes teilweise ausgleichen können, ohne dass zusätzliche Flächen oder Dachaufbauten erforderlich sind.

Marktchance & Wirtschaft

• Für den globalen BIPV-Markt (gebäudeintegrierte Photovoltaik) wird ein starkes Wachstum prognostiziert da die Gebäude den Netto-Null-Status anstreben, was eine günstige Kulisse für vertikale / Fassaden-Solaranlagen schafft.
• Anreize oder Einspeisetarife in vielen Märkten belohnen oder subventionieren die Integration erneuerbarer Energien in Gebäude; vertikale Solaranlagen können im Rahmen von Fassaden- oder Green-Building-Programmen gefördert werden.
• Vertikale Solaranlagen haben zwar einen etwas geringeren jährlichen Energieertrag im Vergleich zu optimal geneigten PV-Dächern, aber ihre Ausrichtung auf ESG-Ziele, architektonische Integration und Prämien für die Doppelnutzung von Gebäuden können die Kosten-Nutzen-Analyse verbessern.
• Bei vielen städtischen Projekten können an der Wand montierte Solarmodule einen höheren Wert pro Quadratmeter nutzbarer Gebäudefassade liefern als Dachmodule (insbesondere wenn die Dachfläche gesättigt oder aufgrund von HLK- oder anderen Anlagen unbrauchbar ist).

Herausforderungen und Hindernisse

Trotz ihrer Vorteile hat die vertikale Photovoltaik einige Hürden zu überwinden:

• Geringerer absoluter Ertrag im Vergleich zu optimal geneigten Aufdachanlagen - einige Anlagen melden einen um 30 % oder mehr geringeren Ertrag, je nach Azimut, Abschattung oder lokalem Klima.
• Höhere Installations- und Materialkosten für kundenspezifische Montage, Fassadenintegration, architektonische Oberflächengestaltung.
• Begrenztes Bewusstsein bei Gebäudeeigentümern und -entwicklern, dass vertikale PV realisierbar und kosteneffektiv ist.
• Simulationsunsicherheiten: Wie bereits erwähnt, kann die Modellierung der vertikalen PV-Bestrahlungsstärke (insbesondere bei bifazialen Systemen) höhere Fehlerspannen aufweisen, was die Finanzierungsgenehmigung erschwert.
• Regelungslücken: Bauvorschriften oder örtliche Bestimmungen legen möglicherweise noch nicht ausdrücklich Standards für wandmontierte PV-Anlagen fest oder erfordern eine besondere Prüfung/Genehmigung.

Trends & Innovation Ausblick

Mit Blick auf die Zukunft könnten mehrere Innovationsmöglichkeiten die Verbreitung der vertikalen Solarenergie fördern:

• Ästhetische Solarfassaden: farbige oder strukturierte PV-Verkleidungsmodule, die mit architektonischen Materialien verschmelzen.
• Intelligente Integration: Kombination von vertikaler Photovoltaik mit Energiespeichern vor Ort, IoT-basiertem Energiemanagement oder Demand-Response-Systemen.
• PV-Materialien der nächsten Generation: z. B. Tandem- oder perowskitverstärkte bifaciale Module, die auch bei diffuser oder vertikaler Ausrichtung einen höheren Wirkungsgrad aufweisen.
• Intelligente Stadt-/Netto-Null-Gebäude-Ökosysteme: Vertikale Solaranlagen als Standardelement in den Richtlinien für die Fassadengestaltung, die zur Energiebilanz der Fassade, zur Beschattung/Kühlung der Fassade und zur Solarstromerzeugung beitragen.

Darüber hinaus beginnen Pilotprogramme im Bereich der Agrar-Photovoltaik oder Anwendungen mit doppeltem Verwendungszweck (z. B. vertikale bifaziale Wände in Indien oder Schallschutz-Photovoltaik in Verkehrskorridoren) zu erforschen, wie vertikale Photovoltaik mehrere Funktionen erfüllen kann (Energie + Beschattung / Lebensraum / Struktur).

Schlussfolgerung

Vertikale PV-Solarsysteme stellen ein schnell aufkommendes Segment der Solarenergiedesigns dar - sie verwandeln gewöhnliche Wände in energieerzeugende Flächen. Auch wenn die Leistung nicht immer den idealen Dachneigungssystemen entspricht, sind sie aufgrund ihrer Stadtverträglichkeit, ihres Integrationspotenzials und ihrer saisonalen Leistungsvorteile für nachhaltige Bauprojekte sehr attraktiv.

Sunpal ist gut positioniert, um dieses ungenutzte Potenzial zu nutzen, indem es designorientierte, wandmontierte Solarlösungen anbietet, die mit der architektonischen Ästhetik, den behördlichen Anforderungen und den Zielen für erneuerbare Energien in Einklang stehen.

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