PV-Potenzial auf Baggerseen

Schwimmende PV-Anlagen (sog. Floating-PV- oder FPV-Anlagen) entschärfen im Vergleich zu PV-Freiflächenanlagen Landnutzungskonkurrenzen, profitieren von einem ertragssteigernden Kühleffekt des Gewässers, minimieren durch die Bedeckung der Wasserfläche die Wasserverdunstung und sind daher als Teil der integrierten PV ein wichtiger Baustein der Energiewende.

 

Szenarien und Belegungsdichten

Bei der Umrechnung von Flächenpotenzialen in installierbare Anlagenleistungen dienen verschiedene Belegungsdichten [MWp/ha] als Umrechnungsfaktor. 
Die Belegungsdichte von Freiflächenanlagen liegt beim Bestand bei durchschnittlich 0,7 MWp/ha, für neuere Anlagen um 1 MW/ha, bei Ost-West Ausrichtung mit praktisch lückenloser Bedeckung der Wasserfläche auch deutlich darüber. In bisher realisierten Projekten wurden diese hohen Belegungsdichten immer nur auf Teilabschnitten der gesamten Wasserfläche installiert. Da die Belegungsdichte neben einem möglichst geringen Abstand und minimaler Eigenverschattung der Modulreihen auch einen Mindesteinfall an Licht auf der Seenoberfläche berücksichtigen soll, wird hier für die Berechnung des wirtschaftlich-praktisch erschließbaren Potenzials sowohl eine niedrigere mittlere Belegungsdichte von 0,6 MWp/ha als auch eine höhere mit 1,2 MWp/ha angenommen.

Das erste Szenario (100 % BD Min) behandelt die Installation von FPV auf der gesamten Potenzialfläche mit oben genannter Belegungsdichte von 0,6 MWp/ha. 

Beim zweiten und dritten Szenario wird zur Potenzialberechnung jeweils eine begrenzte Flächenbelegung mit FPV anteilig zur gesamten Seefläche vorgeben – um so vorsorglich eine unzulässige Beeinträchtigung der Gewässerökologie durch übermäßige Materialabscheidungen und Reduktion des Lichteinfalls zu verhindern.

Im zweiten Szenario (10 % BD Max) beträgt die maximale Flächenbelegung 10 % der Seefläche. Im Gegenzug wird die Belegungsdichte entsprechend bereits bestehender FPV-Anlagen auf 1,2 MWp/ha erhöht. Bei dieser Flächenbelegung ist mit relativ geringen Änderungen bezüglich der Temperatur und Durchmischung im Gewässer zu rechnen. Mit steigender Flächenbelegung nehmen diese Auswirkungen zu. 

Im dritten Szenario (45 % BD Max) wird eine maximale FPV-Belegung von 45 % der Seefläche gewählt, ebenfalls mit einer Belegungsdichte von 1,2 MWp/ha. Ab einer Flächenbelegung von > 50 % wird von signifikanten Auswirkungen auf die Temperatur und Durchmischung ausgegangen. 

Die maximal zulässige Flächenbelegung ist allerdings gewässerspezifisch. Bei konkreten Bauvorhaben müssen stets alle relevanten hydrologischen und gewässerökologischen Parameter standortspezifisch berücksichtigt werden, um die Gefahr von Umweltschäden zu minimieren und eine unter diesen Bedingungen optimale Flächenbelegung mit PV-Modulen zu bestimmen.  

 

Umsetzbarkeit

Für jeden betrachteten Baggersee werden der Standort und dessen Umgebung detailliert betrachtet und die verschiedenen Standortfaktoren in der Attributtabelle vermerkt. Die Spalte "Kommentar Restriktionskriterien" enthält eine kurze Standortbeschreibung und eine genauere Charakterisierung der verschiedenen Einflüsse auf das Gewässer. Ausgehend hiervon wird nachfolgend die Umsetzbarkeit von FPV-Anlagen bewertet. Diese Umsetzbarkeit wird in der Spalte "Umsetzbarkeitsklassen" anhand der nachfolgenden Kategorisierung in sechs Klassen eingeteilt (s. Tabelle). Geeignete Potenzialflächen fallen hierbei in die Klassen 1 - 3, während bedingt geeignete Flächen in den Klassen 4 - 6 zusammengefasst sind. Es handelt sich dabei um eine ungefähre Katalogisierung der Potenzialflächen, welche in der Praxis durchaus angepasst werden kann. Rechtliche Regularien, Genehmigungsverfahren und die gesellschaftliche Akzeptanz werden beispielsweise nicht einbezogen. Eine Abweichung der Umsetzbarkeit ist in der Praxis daher möglich. Die Umsetzbarkeitsklassen sind im Daten- und Kartendienst der LUBW zu finden.

Umsetzbarkeitsklasse    
Sehr hoch Geeignete Gewässerflächen 1. Von Restriktionskriterien unbeeinflusste Wasserflächen mit unbeeinflusster Umgebung und Uferbereichen, Netzanschluss meist in unmittelbarer Nähe, meist keine Einschränkungen bei der Platzierung der Anlage auf dem Gewässer.
2. Von Restriktionskriterien unbeeinflusste Wasserflächen mit gering beeinflusster Umgebung und Uferbereichen, Netzanschluss meist in der Nähe, meist geringe Einschränkungen bei der Platzierung der Anlage.
3. Von Restriktionskriterien unbeeinflusste Wasserflächen mit beeinflusster Umgebung und Uferbereichen, bei Installation muss der Schutz der Uferbereiche gewährleistet sein, oftmals Einschränkungen bei der Platzierung der Anlage auf dem Gewässer.
Mäßig Bedingt geeignete Gewässerflächen 4. Von weichen Restriktionskriterien beeinflusste Wasserflächen mit unbeeinflusster Umgebung und Uferbereichen, Netzanschluss meist in unmittelbarer Nähe, meist keine Einschränkungen bei der Platzierung der Anlage auf dem Gewässer.
5. Von weichen Restriktionskriterien beeinflusste Wasserflächen mit gering beeinflusster Umgebung und Uferbereichen, Netzanschluss meist in der Nähe, meist nur geringe Einschränkungen bei der Platzierung der Anlage, Wasserflächen innerhalb von Vogelschutzgebieten.
6. Von weichen Restriktionskriterien beeinflusste Wasserflächen mit beeinflusster Umgebung und Uferbereichen, bei der Installation muss der Schutz der Uferbereiche gewährleistet sein, oftmals  Einschränkungen bei der Platzierung der Anlage.

Tabelle: Umsetzbarkeitsklassen von FPV-Anlagen in Baden-Württemberg

Die Abbildung zeigt, dass geeignete Potenzialflächen kumuliert hauptsächlich in der Klasse 2 und bedingt geeigneten Potenzialflächen kumuliert überwiegend in Klasse 4 auftreten.

Abbildung: Flächenverteilung der Umsetzbarkeitsklassen geeigneter (Klasse 1 - 3) und bedingt geeigneter Gewässerflächen (Klasse 4 - 6) der Baggerseen in Auskiesung mit FPV-Potenzial.

Hieraus lässt sich ableiten, dass die meisten bedingt geeigneten Gewässerflächen wohl unter dem Einfluss von wenigen weichen Restriktionskriterien (oftmals Wasserschutzgebietszone III) stehen, aber ansonsten keine weiteren Einflüsse vorliegen, welche Auswirkungen auf die Installation einer FPV-Anlage hätten.

15 der 59 bedingt geeigneten Gewässerflächen befinden sich zudem innerhalb von EU-Vogelschutzgebieten. Diesem weichen Restriktionskriterium sollte eine besondere Betrachtung zukommen, da ein gehäuftes Vogelaufkommen den Betrieb von FPV-Anlagen negativ beeinflussen könnte. Hierbei spielt insbesondere der stromertragsmindernde Vogelkot auf den Modulen eine Rolle, der außerdem zur Bildung von sog. "Hotspots" – d. h. punktuellen Temperaturerhöhungen in den Solarzellen – führen kann. Diese Hotspots entstehen durch inhomogenen Lichteinfall auf eine Zelle – die abgeschatteten Bereiche wirken als elektrische Widerstände und erhitzen sich im Modul übermäßig. 
Inwieweit die Vögel von der FPV-Anlage beeinflusst werden, ist bisher noch wenig erforscht. Allerdings scheinen die Schwimmkörper und Module beliebte Standorte für den Aufenthalt der Vögel darzustellen, so dass bei FPV-Anlagendesign, -betrieb und -wartung eine Vogelkotvermeidung und -reinigung berücksichtigt werden sollten. In der Potenzialanalyse wird daher in der Attributtabelle ausdrücklich vermerkt, falls sich ein Gewässer innerhalb eines Vogelschutzgebiets befindet.

 

Ausblick

Ob und in welchem Umfang die in der Studie betrachteten Baggerseen eine FPV-Nutzung erlauben, bleibt einer Einzelfallprüfung vorbehalten. Weiterhin ist offen, wie realistisch die in dem Szenario 45 % BD Max angenommene maximale FPV-Flächenbelegung ist im Hinblick auf eine mögliche ökologische Gefährdung des genutzten Gewässers. Diese hängt u. a. von drei bisher nicht ausreichend erforschten Faktoren ab: 

  1. Materialabscheidungen von FPV-Anlagen
  2. Ansiedlung sessiler Organismen an FPV-Anlagen
  3. Minderung des Lichteinfalls auf die Gewässeroberfläche.

Während 1. und 2. über Stoffkreisläufe und Nahrungsnetze die Gewässerökologie nachhaltig beeinflussen, verändert 3. den Energiehaushalt der Seen, welcher über thermische Schichtung und Durchmischung sowie die Primärproduktion im Gewässer wiederum die Gewässerökologie beeinflusst. Andererseits könnten über eine solche Beeinflussung des Energiehaushalts der Seen das Algenwachstum und die Verdunstung reduziert und damit die Klimaresilienz des Gewässers gesteigert werden.

Projektbegleitende wissenschaftliche Begleituntersuchungen sollten hierzu weitere Erkenntnisse liefern.

Weiterlesen im Kapitel "Potenzialanalyse"

 

Bildnachweis: Konstantin Ilgen/Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE