Optimierung reflektierender Materialien und Photovoltaik im Stadtraum bezüglich Strahlungsbilanz und Bioklimatik

Hintergrund und Ziele: Städte sind die größten Energieverbraucher und zugleich die Hauptleidtragenden des Klimawandels. Vor diesem Hintergrund werden ‚Solar Cities‘ national und international diskutiert: Städte, die einen Großteil ihrer Energie über die Sonne direkt mit den eigenen Dächern und Fassaden gewinnen. Aktivhäuser und Solar Cities werden daher so geplant, dass sie eine maximale ‚Solarernte‘ einfahren, sich also mit Dächern und Fassaden der Sonne möglichst unverschattet zuwenden, um den Solarenergieertrag zu maximieren. Dadurch wird möglichst viel der einfallenden Solarenergie von Dächern und Fassaden absorbiert und nutzbar gemacht. Optimaler Weise mit schwarzen Solarmodulen, die nur gering reflektieren und daher den höchsten Stromerzeugungs-Wirkungsgrad mit bis zu 20% auf Modulebene realisieren. Der größte Teil der absorbierten Solarstrahlung wird jedoch in Wärme umgewandelt. Bislang liegen auf städtischer Ebene noch keine Abschätzungen und Simulationstools vor, welche Auswirkungen die angestrebte massenweise Verbreitung der Photovoltaik und Solarisierung der besonnten Fassadenflächen im Stadtraum auf das Mikroklima im Straßencanyon hat. Im Rahmen der Anpassung an den Klimawandel wird aus den USA kommend eine genau gegenteilige Strategie propagiert: eine Stadt mit weißen Dächern, möglichst hoch reflektierenden Oberflächen und minimaler Absorption der auf die Stadt fallenden Solarstrahlung. Reflexion durch den Boden und durch umgebende Gebäude führt zum einen zu einer Erhöhung der auf die PV Modulebene einfallenden solaren Strahlung und damit zu einer Erhöhung des Ertrags der PV Anlage, gleichzeitig kann eine Zunahme der Reflexion auch zu einer Zunahme des thermischen Stresses des Menschen sowie zur Blendung führen. Solarmodule reduzieren die Reflexion im städtischen Gelände und können auch ihrerseits zu einer Erwärmung der Umgebung beitragen. Im Rahmen des Projektes PVOPTI-Ray wird eine umfassende Betrachtungsweise gewählt, die alle oben erwähnten Aspekte (Energieeffizienz, lokales Klima und Behaglichkeit des Menschen) berücksichtigt. Methode: Mit Hilfe von gekoppelten urbanen Klima und Komfort Modellen und PV Ertragstools werden optimale Lösungen der Stadtplanung bezüglich der Formgebung eines Straßencanyons und der Ausgestaltung seiner Oberflächen entwickelt, die einen optimalen Ertrag einer fassadenintegrierten PV Anlage bei gleichzeitiger Berücksichtigung von für den Menschen wichtigen bioklimatischen Aspekten und Blendung gewährleisten sollen. Es werden unterschiedliche klimatische Situationen berücksichtigt, ebenso wie das Potential positiver Einflussnahme von Grünflächen und Fassadenbegrünungen. Ziel ist es, in der Sondierung die komplexen Strahlungs- und Energieflüsse innerhalb typischer Straßencanyons zu simulieren sowie Simulations- und Planungstools zu entwickeln, welche für eine energetisch und bioklimatisch optimierte Solarstadtplanung erforderlich sind.