Wenn die Nutzung der Solarenergie drastisch zunehmen soll, müssen viele Dächer und Grundstücke mit Photovoltaikmodulen (PV) belegt werden. Dächer sind oft ein großartiger Platz für Solarmodule, aber nicht alle sind dafür geeignet, und freie Flächen sind in städtischen und vorstädtischen Gebieten oft rar und teuer. Eine andere Idee ist es, die riesige wasserbedeckte Oberfläche der Erde für die Erzeugung von Sonnenenergie zu nutzen.
Eine neuere Alternative, schwimmende Paneelsysteme oder Floatovoltaik, erfreut sich bei einigen Anwendungen zunehmender Beliebtheit. Aber sind schwimmende Solarzellen die neue Grenze der sauberen Energie oder sind sie zu teuer und unpraktisch? Lassen Sie uns dieses innovative Thema untersuchen, um es herauszufinden.
Was sind schwimmende Solarzellen?
Bei schwimmenden Photovoltaik-Projekten (FPV) schwimmen die Solarmodule auf Gewässern, wie Seen, Lagunen, Teichen, Stauseen und Flüssen. Die Photovoltaikmodule müssen sich über der Wasseroberfläche befinden und werden daher normalerweise an etwas befestigt, das nicht rosten kann. Schwimmende Photovoltaikanlagen werden immer häufiger eingesetzt, vor allem in der Nähe von dicht besiedelten Gebieten, in denen freies Land knapp oder zu teuer ist.
Einige der häufigsten Standorte für schwimmende Solarparks sind heute Wasserkraftwerke, Trinkwasserreservoirs und Klärteiche. Diese Wasserreservoirs sind bereits durchbrochene Standorte und die Wasserkraftwerke verfügen über eine bestehende Übertragungsinfrastruktur zur Verteilung der Wasserkraft.
Einige Solarentwickler experimentieren jedoch auch mit der Installation von Solarmodulen auf dem Meer in Offshore-Solarparks. Die Ozeane bedecken 70 Prozent der Oberfläche unseres Planeten, es gibt also viel Platz für die Installation von Photovoltaikanlagen. Die Installation von schwimmenden Solarmodulen auf dem Meer kann jedoch zusätzliche Herausforderungen mit sich bringen.
Potenzielle Vorteile von schwimmenden Photovoltaikanlagen.
Es ist ideal, Projekte für erneuerbare Energien in der Nähe von Bevölkerungszentren zu errichten, aber in den meisten städtischen Gebieten ist verfügbares Land relativ knapp und teuer. In ländlichen Gemeinden, in denen Land im Überfluss vorhanden ist, gibt es Bedenken, dass die Umwandlung von landwirtschaftlichen Flächen in Solarparks der Ernährungssicherheit abträglich sein könnte. Schwimmende Solarzellen benötigen jedoch nur wenig oder gar kein Land und nutzen Flächen, die nur wenige oder gar keine anderen Entwicklungsmöglichkeiten bieten.
Die Effizienz von Solarmodulen nimmt oft ab, wenn sie heißer als 25°C werden. So haben die meisten Solarmodule einen Temperaturkoeffizienten von -0,3%°C bis -0,5%°C. Das bedeutet, dass der Wirkungsgrad mit jedem Grad Celsius um einen Bruchteil eines Prozents abnimmt. Leider kann dieser Wirkungsgradverlust in heißen Klimazonen die Solarleistung stark reduzieren. Die Montage von Photovoltaikmodulen über Wasser kann einen natürlichen Kühleffekt haben und die Sonnenleistung erhöhen. Ähnlich verhält es sich bei der Verwendung von doppelseitigen Solarmodulen, bei denen die Module von beiden Seiten Strom erzeugen. So kann Strom aus dem vom Wasser reflektierten Licht erzeugt werden.
Wenn Solarunternehmen schwimmende Solarparks auf Stauseen von Wasserkraftwerken installieren, können sie oft die bestehende Energieinfrastruktur zur Gewinnung von Solarstrom nutzen und so die Entwicklungskosten senken. In ähnlicher Weise erforschen Solaringenieure auch eine Kombination aus Offshore-Windparks und schwimmenden Solarparks, die dieselbe Übertragungsleitung nutzen können. So ist beispielsweise ein 5-Megawatt-Projekt in der Nordsee in der Nähe der Niederlande in Planung, das voraussichtlich 2026 in Betrieb genommen werden kann.
Aktuelle Hindernisse für schwimmende Solaranlagen.
Obwohl schwimmende Photovoltaikanlagen viele Vorteile haben, gibt es auch einige Nachteile zu überwinden. In der Regel sind schwimmende Solaranlagen in Salzwasser mit größeren Herausforderungen verbunden, da Salzwasser einen Film auf den Modulen hinterlassen kann, der die Solarenergieproduktion verringert. Dies kann auch ein Problem für Projekte an Land in Meeresnähe sein, die der Salzgischt ausgesetzt sind.
Da schwimmende Photovoltaikanlagen weniger verbreitet sind, benötigen sie eine spezielle Ausrüstung, um die Module über der Wasseroberfläche zu halten. Dies ist anspruchsvoller und komplexer als bei Standard-Dach- oder Bodenanlagen. Da es sich um einen Nischenmarkt handelt, können die Materialien außerdem teurer sein, was die Kosten zusätzlich in die Höhe treibt.
Auch aus technischer Sicht sind diese Solarprojekte aufgrund der möglichen Windgeschwindigkeiten, Korrosion, Komplikationen bei der Verankerung und Wasserbewegungen komplexer. Die Auswahl des Standorts kann schwierig und zeitaufwändig sein, was die Genehmigungsprobleme und die Entwicklungs- und Baukosten erhöht.
Der Bau von schwimmenden Solarkraftwerken kann auch die Umwelt schädigen und das Leben im Wasser beeinträchtigen, insbesondere in unberührten Gebieten. Einmal installiert, schränken die Module, die die Wasseroberfläche beschatten, das Sonnenlicht ein und verändern so die Ökosysteme. Studien haben zum Beispiel gezeigt, dass schwimmende Solarparks die Wasserschichtung beeinflussen können. Veränderungen in der Wasserschichtung können zu einer Desoxygenierung der unteren Schichten führen, wodurch die Nährstoffkonzentration steigt und Fische getötet werden. Es sind noch weitere Forschungen erforderlich, um die ökologischen Folgen von schwimmenden Solarparks zu erforschen.
Was sind die Vorteile der schwimmenden Photovoltaik?
- Zusätzliche Solarenergieerzeugung ohne zusätzlichen Landverbrauch.
- Kosten für die Erstinstallation.
- Nutzung von Gewässern wie Stauseen, Teichen und Dämmen.
- Mögliche Auswirkungen auf aquatische Ökosysteme.
- Die Wasserkühlung führt zu einer höheren Stromproduktion.
- Herausforderungen im Zusammenhang mit der Wartung und Reinigung der Solarzellen.
- Verringerung der Wasserverdunstung, Einsparung von Wasserressourcen.
- Begrenzte Skalierbarkeit in kleinen Gewässern.
- Geringeres Algenwachstum und geringere Salzkonzentration aufgrund von Verdunstung.
- Mögliche Auswirkungen der Beschattung auf Wasserorganismen.
- Mögliche Vorteile für die Wasservegetation und das Ökosystem.
- Begrenzte Nutzung in Gebieten mit kaltem Klima.
- Potenzial für doppelte Landnutzung und erneuerbare Energieerzeugung.
- Regulatorische und genehmigungsrechtliche Herausforderungen für Solarenergie.
- Begrenzte Konflikte mit anderen Landnutzungszielen.
- Begrenzte Reife der Floatovoltaik-Technologie und bewährte Leistung.
- Optische Attraktivität und mögliche erhöhte öffentliche Akzeptanz.
- Spezifische Überlegungen für schwimmende Solarpanel-Projekte.
Welche Projekte für schwimmende Photovoltaikanlagen gibt es heute?
Zahlreiche Länder, darunter China, Indien, Taiwan, Südkorea, Deutschland, die Niederlande und die Vereinigten Staaten, bauen schwimmende Solarparks für die Energieversorgung. Einige sind bereits in Betrieb, viele befinden sich in verschiedenen Entwicklungsstadien.
Das größte schwimmende Solarprojekt ist der Dingzhuang-Solarpark im Osten Chinas. Dieser schwimmende 320-Megawatt-Solarpark ist auf einem Stausee montiert, mit einem 100-Megawatt-Windpark verbunden und verfügt über eine 8-Megawattstunden-Energiebatterie. Das schwimmende Solarkraftwerksprojekt wurde von Huaneng Power International (HPI) entwickelt und in der Nähe des 2,65-GW-Wärmekraftwerks Dezhou gebaut.
Eines der größten schwimmenden Solarprojekte in Taiwan wurde in der Industriezone Changbin mit einer installierten Gesamtkapazität von 440 MWp fertiggestellt. Dieses Projekt war eine Erweiterung eines früheren schwimmenden Solarprojekts, das von Ciel & Terre Taiwan im Jahr 2020 gebaut wurde. Es trägt zu Taiwans Zielen im Bereich der erneuerbaren Energien bei und hilft, die Kohlenstoffemissionen zu reduzieren.
Das größte geplante FPV-Projekt ist der schwimmende Solarpark Saemangeum in Südkorea. Dieses 2,1-Gigawatt-Projekt soll 2030 in Betrieb genommen werden und könnte dem Land helfen, seine Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen deutlich zu verringern. Es wird auf Gezeitenebenen an der Küste des Gelben Meeres in Verbindung mit einem Onshore-Solarpark errichtet.
Das Floatovoltaik-Projekt befindet sich derzeit in der Vorbauphase und soll in mehreren Stufen entwickelt werden. Nach seiner Fertigstellung wird der schwimmende Solarpark Saemangeum zu den Zielen Südkoreas im Bereich der erneuerbaren Energien beitragen und die Kapazität des Landes zur Erzeugung sauberer Energie erhöhen.
Ein schwimmendes 600-Megawatt-Solarkraftwerk wird in der Nähe des Omkareshwar-Damms am Narmada-Fluss gebaut. Das Projekt wird voraussichtlich das größte schwimmende Solarkraftwerk der Welt sein und soll bald in Betrieb genommen werden. Das Kraftwerk wird am Stausee des Omkareshwar-Damms im Bezirk Khandwa im indischen Bundesstaat Madhya Pradesh gebaut. Das ehrgeizige 600-MW-Projekt wird von der staatlichen Rewa Ultra Mega Solar Limited (RUMSL) geleitet und wird dazu beitragen, saubere Energie aus den reichhaltigen Solarressourcen der Region zu erzeugen.
Im Gegensatz dazu ist die größte schwimmende Solaranlage in Nordamerika derzeit die schwimmende Solaranlage von NJR Clean Energy Ventures (CEV) in Millburn, New Jersey. Sie hat eine Kapazität von 8,9 MW und besteht aus 16.510 Solarmodulen, die auf einem Reservoir der Wasseraufbereitungsanlage New Jersey American Water Canoe Brook installiert sind.
Die schwimmenden Solarpaneele können auch dazu beitragen, die Verdunstung zu reduzieren, die Wasserquelle zu schützen und die Umwelt zu schonen. Ein innovatives Gestellsystem lässt die Paneele schwimmen und bietet eine praktische Lösung für die Suche nach geeigneten Standorten für groß angelegte kommerzielle Solaranlagen.
Der größte schwimmende Solarpark in Europa befindet sich im portugiesischen Alqueva-Stausee. Das Projekt besteht aus fast 12.000 schwimmenden Photovoltaikmodulen mit einer Fläche, die vier Fußballfeldern entspricht. Mit einer Kapazität von 70 MW handelt es sich um eine bedeutende Anlage für erneuerbare Energien und ist Teil eines größeren Hybridparks mit einer erwarteten Gesamtkapazität von 154 MW. Dieser schwimmende Photovoltaik-Park hilft Portugal dabei, die Produktion sauberer Energie zu steigern und die Treibhausgasemissionen zu reduzieren.
SolarDuck, ein niederländisch-norwegischer Entwickler von schwimmenden Solarkraftwerken, plant ein Pilotprojekt mit 500 Kilowatt Leistung in der Nordsee1. Dieses Projekt soll die Machbarkeit und Effektivität der schwimmenden Solartechnologie in einer maritimen Umgebung demonstrieren. Durch die Nutzung des reichlich vorhandenen Sonnenlichts in der Nordsee beabsichtigt SolarDuck, saubere, erneuerbare Energie zu erzeugen und zum Übergang zu einem nachhaltigeren Energiesystem beizutragen.
Wie viel kosten schwimmende Solaranlagen?
Die Kosten für schwimmende Solarparks hängen von einer Reihe von Faktoren ab, darunter die Kosten für Verankerungssysteme, Übertragungsinfrastruktur, Grundstückspacht, Arbeitskräfte und Systemkapazität. Das Saemangeum-Projekt beispielsweise wird auf 3,82 Milliarden Dollar geschätzt, während ein kleinerer schwimmender Solarpark auf dem Narmada-Fluss 4,1 Millionen Dollar kostet.
Einige experimentellere Projekte, wie das niederländische Projekt in der Nordsee, befinden sich noch in der Pilotphase. Schwimmende Photovoltaikanlagen sind also pro MW viel teurer, weil sie kleiner sind und mehr Forschung erfordern.
Welche Forschung ist für die Entwicklung der schwimmenden Photovoltaik erforderlich?
Für die Entwicklung der schwimmenden Photovoltaik sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um die Effizienz der derzeitigen schwimmenden Solarmodulsysteme zu verbessern und ihre Kosten zu senken. Forscher können die Auswirkungen von Umweltfaktoren wie Wind und Wellen auf die Ausrichtung und Positionierung von Solarmodulen weiter analysieren und bessere Verankerungssysteme entwickeln. Die Anstrengungen können auch auf die Entwicklung umweltfreundlicherer Materialien für schwimmende Solarpanelsysteme gerichtet werden, um sicherzustellen, dass die Installationen die marinen Ökosysteme nicht schädigen. Schließlich muss auch die effizienteste Integration von schwimmenden Photovoltaikanlagen mit der bestehenden Infrastruktur für erneuerbare Energien an Land und auf See erforscht werden, um die Energiespeicherung und -verteilung zu verbessern.
Welche Unternehmen sind auf die schwimmende Photovoltaik spezialisiert?
Es gibt mehrere Unternehmen, die sich auf schwimmende Solaranlagen spezialisiert haben. Eines dieser Unternehmen ist D3Energy, ein führendes Unternehmen für schwimmende Solaranwendungen, das in den Vereinigten Staaten zahlreiche Systeme entwickelt und gebaut hat. Das Unternehmen ist auf alle Aspekte schwimmender Photovoltaiksysteme spezialisiert, von Design und Technik bis hin zu Bau und Wartung.
Ein weiteres Unternehmen, das sich mit schwimmenden Solarprojekten auf See beschäftigt, ist SolarDuck, ein niederländisch-norwegischer Entwickler, der ein 500-Kilowatt-Pilotprojekt auf See in der Nordsee plant. Solarduck ist bekannt für seine innovativen schwimmenden Solarlösungen, die so konzipiert sind, dass sie den rauen Bedingungen auf See standhalten und gleichzeitig die Energieproduktion maximieren und die Umweltbelastung minimieren.
Floatovoltaik: die Solaranlagen der Zukunft?
Obwohl Floatovoltaik-Projekte in einigen Bereichen vielversprechend sind, sind sie nicht für alle Standorte ideal. Diese Anwendung ist am attraktivsten in Gebieten, in denen Land knapp ist und eine Übertragungsinfrastruktur vorhanden ist. Die attraktivsten Standorte sind oft Stauseen an Wasserkraftwerken, aber einige Solarentwickler erforschen auch Anwendungen auf dem Meer, in Offshore-Windparks und bei Gezeiten.
Obwohl bereits viele schwimmende Projekte durchgeführt wurden, ist weitere Forschung erforderlich, um diesen Ansatz weiterzuentwickeln. So muss beispielsweise erforscht werden, wie sich schwimmende Solarparks auf die Umwelt auswirken oder wie sie am besten verankert werden können.