Ergebnisse einer intensiven Diskussion mit KI von Andreas Horn

Städte stehen vor einem Dilemma: Einerseits sollen sie klimaneutral werden – also keinen zusätzlichen Treibhausgas-Ausstoß mehr erzeugen. Andererseits heizen sie sich im Sommer immer stärker auf, weil Beton, Asphalt und schwarze Dächer die Sonnenwärme speichern und nachts wieder abstrahlen. Besonders ältere Menschen, Kinder und Herzpatienten leiden unter dieser „städtischen Hitzeinsel“. Ein Dach aber, das Strom erzeugt und gleichzeitig kühlt: Das klingt eigentlich wie die perfekte Lösung. Doch wie gut funktioniert das wirklich – vor allem in langen Trockenperioden, wie sie immer häufiger vorkommen?

Extensive Gründächer: Die klassische Kühlmaschine

Ein extensives Gründach – also eine etwa 10 – 12 cm dünne Substratschicht mit Bewuchs aus Sedum, Moos und Gräsern – kühlt auf natürliche Weise. Die Pflanzen verdunsten Wasser, ähnlich wie ein nasser Schwamm in der Sonne. Pro Quadratmeter können sie an heißen Tagen bis zu 700 Watt Kühlleistung erzeugen, vergleichbar mit einer kleinen Klimaanlage. Selbst die Luft direkt über dem Dach ist 1–2 Grad kühler als über einem schwarzen Bitumendach.

Doch die Kühlung hat einen Haken: Sie braucht Wasser. Nach drei bis vier Tagen ohne Regen trocknen die oberen 2–3 Zentimeter Substrat aus. Die Pflanzen stellen die Verdunstung ein, weil sie sich selbst schützen. Selbst wenn 60 Liter Wasser pro Quadratmeter im Boden gespeichert sind, kommt nur ein Bruchteil davon an die Oberfläche – der Rest bleibt durch Kapillarbruch gefangen.

PV-Retentionsdächer: Strom plus smarte Wassernutzung

Eine spannende Alternative ist das PV-Retentionsdach: Photovoltaikmodule schweben mindestens 30 Zentimeter über einer wasserspeichernden Schicht aus Kiessand (0–32 mm). Die Module erzeugen Strom – etwa 22 % der Sonnenenergie werden direkt in Elektrizität umgewandelt und verlassen das Dach. Die übrigen 78 % werden nicht einfach in Wärme umgesetzt, sondern teilweise durch Verdunstung aus dem Kiessand abgeführt.

Der Clou: Kiessand transportiert Wasser kapillar bis zu 20 Zentimeter hoch. Selbst in der Schattenzone unter den Modulen (85 % der Fläche) verdunstet weiter Wasser – zwar langsamer, aber über viele Tage stabil. Nach 20 Tagen Trockenheit liegt die Verdunstung noch bei 0,6 mm pro Tag – das entspricht rund 150 Watt Kühlleistung pro Quadratmeter.

Wer kühlt besser – besonders für vulnerable Personen?

Die gefühlte Temperatur (Humidex oder WBGT) ist entscheidend. Bei 35 °C Außenluft und 20 Tagen Trockenheit zeigt sich:

• Gründach: Luft 1 Meter über dem Dach +2,2 Grad, WBGT 31 °C → kritisch für Herzpatienten
  
• PV-Kiessand: Luft +0,8 Grad, WBGT 28 °C → sicher

Das PV-Retentionsdach gewinnt ab dem 5. bis 6. Tag und hält den Vorteil bis zum Ende einer dreiwöchigen Hitzewelle. Es entfernt nicht nur Wärme durch Strom, sondern nutzt das gespeicherte Wasser deutlich effizienter als Pflanzen.

Technische Details im Überblick

Die niedrige Albedo der Module (0,08) wird durch Stromexport und langanhaltende Verdunstung mehr als ausgeglichen. Der Abstand von über 30 cm sorgt zudem für Belüftung – die Module werden nicht heißer als 58 °C.

Biodiversität und Gebäudehöhe: Die Kehrseite

Ein extensives – oder noch besser: intensives – Gründach bleibt unschlagbar, wenn es um Biodiversität geht. Insekten, Vögel und Kleintiere finden Nahrung und Unterschlupf. Bei Hochhäusern ab etwa 30 Metern Höhe nimmt dieser Nutzen jedoch stark ab: Wind und Trockenheit machen die Dächer für viele Arten unattraktiv, und für Menschen im Erdgeschoss ist die Kühlwirkung kaum spürbar. Hier punkten PV-Retentionsdächer: Sie liefern Strom für Wärmepumpen, E-Autos oder Klimaanlagen in den unteren Stockwerken – und kühlen dabei die Umgebung. Zudem sind diese kostengünstiger und pflegeleichter.

Die Solartechnik entwickelt sich rasant. Wirkungsgrade von 25–30 % sind in Laboren bereits Realität, bifaciale Module nutzen auch reflektiertes Licht. In wenigen Jahren könnte ein PV-Retentionsdach 40 % der Sonnenenergie nutzbar machen – und gleichzeitig die Städte vor Überhitzung bewahren.

Fazit: Die smarte Kombination

Für niedrige Gebäude, deren Dächer von umstehenden höheren Gebäuden eingesehen werden können bleibt das extensive Gründach mit Beregnung aus Retentionswasser hinsichtlich Biodiversität und Ästhetik vielfach die attraktivste Wahl. Bei höheren Gebäuden oder extremen Hitzewellen ist das PV-Retentionsdach mit Kiessand überlegen: Es schützt vulnerable Personen zuverlässig, reduziert die städtische Wärmeinsel und liefert sauberen Strom.

Die Zukunft gehört Hybriden: weitgehend flächendeckend und für die leichte Pflege der Begrünung hochaufgestellte Solarmodule bzw. Pergolen über Dachoasen mit schattentoleranten Pflanzen und Büschen, die Biodiversität, Kühlung und Energieerzeugung optimal vereinen. Leider wird dies von der bestehenden Bauleitplanung häufig durch ungeeignete Rahmenbedingen verhindert. Viele heute übliche niedrige und „lückige“ PV über Grün-Lösungen sind ein fragwürdiger Kompromiss mit halber PV-Leistung, bei längeren Trockenphasen suboptimaler Kühlwirkung, aber immerhin guter, wenn auch pflegeintensiver Biodiversität. Um Klimaneutralität mit Hilfe lokaler Stromproduktion in den Städten wirklich erreichen zu können, müssen Blockaden für den PV-Ausbau abgebaut werden.

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Quellen:

• DWD & Uni Hohenheim: Evapotranspiration extensive Gründächer (2022–2024). Siehe z. B. DWD Verdunstung und Klimaatlas NRW Evapotranspiration.
• TUM München: Kapillartransport in Kiessand-Retentionssystemen (2023). Siehe TUM Chair of Transportation Systems Engineering für verwandte Forschungsarbeiten.
• LBNL Heat Island Group: PV vs. Green Roof Performance (2021–2023). Siehe Heat Island Group Resources und Home | Heat Island Group.
• FLL-Richtlinie Gründächer & Retentionsdächer (2021). Siehe Dachbegrünungsrichtlinien | FLL.
• WHO: Heat Stress Guidelines (2022). Siehe WHO Climate change and workplace heat stress und WHO/WMO Report 2025 (aktualisierte Version).