Nach sonnigen Flecken suchten die Menschen immer schon. Doch plötzlich tun sie das mit neuem Eifer: Um die Energiewende in der Schweiz zu beschleunigen, soll die Photovoltaik massiv ausgebaut werden. Und so sucht das Land fieberhaft nach schnell erschliessbarem Solar-Potenzial.

Bisher wurden vor allem Dächer genutzt, auf ihnen steht immer noch sehr viel Fläche zur Verfügung. Alpine Solaranlagen sind aus einem anderen Grund begehrt: Sie liefern etwa die Hälfte des Energieertrags im Winterhalbjahr, wenn in der Schweiz weniger Strom produziert als verbraucht wird. Gewissermassen zwischen den beiden Typen liegen Fassaden-Solaranlagen. Sie produzieren zwar insgesamt weniger Strom als Anlagen auf Dächern am gleichen Ort, aber dafür ebenfalls gleichmässig über das Jahr verteilt. Und wie bei Dachanlagen gibt es bereits allerorts geeignete Standorte: die Gebäude der Schweiz.

Bis jetzt erst wenig Fassaden-Solaranlagen

Ein Blick in die «Statistik Sonnenenergie 2021» des BFE zeigt, dass im Berichtsjahr auf fast 27’000 installierte Solaranlagen nur etwas über 100 Fassadenanlagen kamen. Warum ist dieser Anteil so tief? «Das grösste Hemmnis ist sicherlich die Überzeugungsarbeit, die benötigt wird, um Investoren zu gewinnen», sagt Urs Hanselmann, Leiter Technik beim Kompetenzzentrum Gebäudehülle Schweiz. «Nachteile gibt es – abgesehen vom Brandschutz bei Hochhäusern ab 30 Meter Höhe – keine. Die Gestaltungsvielfalt von Fassadenmodulen ist enorm, und die Zahl der möglichen Anwendungen steigt stetig.»

Gebäudehülle und Wärmeerzeugung zusammen denken

Fassaden-Photovoltaik hat in der Schweiz einen relevanten Kontext: die energetischen Sanierungen. Viele Gebäude hierzulande sind in einem energetisch schlechten Zustand. Einerseits versorgt sie oft noch eine Öl- oder Gasheizung mit Energie, andererseits wird Energie aufgrund der schlecht gedämmten Gebäudehülle förmlich verschwendet. Energetische Modernisierungen stellen deshalb oft die Gebäudehülle in den Fokus. Doch statt sie nur besser gegen Wärmeverluste zu schützen, lässt sich die Hülle auch aktivieren, sprich: mit Solarpanels versehen. Das gilt für das Dach wie für die Fassade.

Wärmepumpen und (Fassaden-)PV als Dream-Team

Hanselmann argumentiert ähnlich, führt jedoch noch die Heiztechnik als Treiber auf: «Gerade bei der Umstellung auf eine Wärmepumpe wird zusätzlicher Strom benötigt.» Wenn die Gebäudehülle nicht modernisiert werde, laufen Wärmepumpen nicht so effizient, wie sie könnten, da die Vorlauftemperatur höher eingestellt werden müsse. «In einem neu gedämmten Gebäude aus den 1970er-Jahren brauchen Wärmepumpen halb so viel Strom aus dem Netz wie in einem ungedämmten.» Eine PV-Anlage erzeuge einen Teil des Stroms, den die Wärmepumpe benötigt, so Hanselmann weiter.

Bei der Umstellung auf eine Wärmepumpe wird zusätzlicher Strom benötigt.

Urs Hanselmann, Leiter Technik beim Kompetenzzentrum Gebäudehülle Schweiz

Dies reduziere die vom Netz bezogene Strommenge weiter. Der Jahresertrag der Photovoltaik sei zwar am Steildach deutlich höher. Dafür liefere die Fassade in den Wintermonaten mehr Strom. Gerade an Hochhäusern könnte Photovoltaik die Winterstromproblematik entschärfen.

BIPV in die Sanierung bringen: EPFL-Forscher nimmt Herausforderung an

Photovoltaik in die Gebäudehülle – und damit die Fassade – zu integrieren, ist zu einer architektonischen Disziplin geworden: BIPV (Gebäudeintegrierte Photovoltaik, engl.: building integrated photovoltaics). Doch während es bei Neubauten immer mehr schillernde Beispiele gibt, fehlen diese bei Umbauten. Dieser Herausforderung hat sich das Laboratory of Architecture and Sustainable Technologies (LAST) an der EPFL angenommen. In seiner Doktorarbeit untersuchte Dr. Sergi Aguacil verschiedene energetische Sanierungsstrategien mit BIPV.

Solar sanieren in der Simulation

In der Untersuchung wurden Gebäude in der Stadt Neuenburg ausgewählt, die für einzelne Bauepochen typisch sind. An ihnen simulierte Aguacil verschiedene Sanierungsszenarien mit aktuellen Bauteilen und überprüfte sie sowohl auf ihre energetische Leistung als auch auf ihre architektonische Qualität. Die Szenarien reichten von einer reinen Verbesserung der Isolation über eine Konservierung mit nur wenigen PV-Elementen hauptsächlich auf dem Dach hin zur Renovation mit deutlich mehr PV-Elementen bis zu einer Transformation, bei der die Gebäudehülle für die Stromproduktion verwendet und visuell deutlich verändert wird. Die Ergebnisse diskutierten Expertinnen und Experten aus Architektur, PV-Branche und anderen Planungsberufen in einem Workshop.

Solar-Fassaden energetisch, ökonomisch und ästhetisch bewertet

Die Ergebnisse sprechen eine deutliche Sprache: Bei sämtlichen Gebäudetypen verbessert eine «BIPV-Sanierung» die Energieeffizienz. Strategien, die auf grossflächige Fassaden-Solaranlagen setzen, können Gebäude teilweise auf den Standard der 2000-Watt-Gesellschaft bringen, wenn zusätzlich das Heizsystem umgestellt wird. Zudem sind alle Strategien mittel- bis langfristig ökonomisch rentabel. Bei manchen Gebäuden amortisiert sich die Modernisierung durch die eingesparten Energiekosten innert 15 Jahren. Gerade bei neueren Gebäuden mit Baujahr nach 1960 schneiden die Strategien mit Fassaden-PV hierbei deutlich besser ab. Die architektonische Qualität wird unterschiedlich bewertet: In den meisten Fällen ist zumindest der konservierende Ansatz «eher erstrebenswert», in einem Fall ist sogar die Transformation das bevorzugte Szenario. Nachfolgend einige Computer-generierte Varianten aus der Arbeit von Aguacil: Ein typisches Wohnhaus, das 1990 gebaut wurde, um bezahlbaren Wohnraum zu schaffen. Links der Originalzustand, in der Mitte eine simulierte BIPV-Renovation, rechts die Transformation.

BIPV und die Klimaerwärmung

Sanierungen beinhalten wie alle Bauprojekte Annahmen über die Zukuft. Eine Annahme, die sich immer weniger ignorieren lässt, ist diejenige einer immer wärmeren Welt. In einer Folgearbeit hat Sergi Aguacil mit seinem Team deshalb untersucht, wie BIPV-sanierte Gebäude auf die Klimaerwärmung reagieren.

Solar sanieren macht Gebäude ‹klimarobust›.

Die Simulation, die Aguacils Sanierungs-Szenarien drei Klimawandel-Szenarien des IPCC gegenüberstellt, kommt zu einem klaren Ergebnis: Je umfassender ein Gebäude solar saniert wird – also auch Fassaden-PV einsetzt –, desto energieeffizienter ist es in Zukunft einerseits, und desto weniger unterscheiden sich andererseits die energetischen Eckdaten zwischen den Klimawandel-Szenarien. Anders ausgedrückt: Solar sanieren macht Gebäude «klimarobust». Dies daher, da sie nicht nur weniger Energie verbrauchen, sondern diese auch in grossem Masse selbst produzieren. Da können kalte wie heisse Tage kommen.

Fazit: Solarfassaden und Sanierungen passen zusammen

Der Gebäudepark der Schweiz ist reif für die Transformation. 78 Prozent aller Gebäude sind vor 1990 gebaut worden. Erst ab diesem Zeitpunkt wurden die SIA-Standards zu energieeffizientem Bauen weitreichend implementiert, die als Folge der Ölkrise entstanden sind. Während heute die Ölkrise der 1970er-Jahre weit weg scheint, ist die Klimakrise erkennbare Realität und auch die Importabhängigkeit der Schweiz in Sachen Energie ist im Bewusstsein der Bevölkerung angekommen. Im Gebäudebereich ist in der Schweiz alles vorhanden, um den Herausforderungen zu begegnen: die baulichen Mittel, das technische Know-how und inzwischen auch die Beweisführung, dass energetisch Sanieren funktioniert, wenn man dabei auf die Kraft der Sonne setzt.