Energetische Nutzung von Seen durch schwimmende Photovoltaik Anlagen
Die Oberflächen von Seen eignen sich in hohem Maß für die Energiegewinnung durch schwimmende Photovoltaik Anlagen, da die großen Wasserflächen eine ungehinderte Sonneneinstrahlung zulassen. Hier ergibt sich auch eine zusätzliche Nutzungsmöglichkeit im Rahmen der Gewinnung mineralischer Rohstoffe durch Nassabgrabungen. Baggerseen können sowohl während der Auskiesung als auch nach deren Abschluss mit Solarmodulen versehen und für die Stromerzeugung genutzt werden.
Darstellung einer schwimmenden PV-Anlage auf dem Bomhofsplas See in Zwolle
(Bild aus: De Lima, R.L.P et al., In-Situ Water Quality Observations under a Large-Scale Floating Solar Farm Using Sensors and Underwater Drones. Sustainability 2021, 13, 6421. https://doi.org/10.3390/su13116421)
Installation und Betrieb schwimmender Photovoltaik Anlage müssen so erfolgen, dass für die Wasser- und Lebensraumqualität in den Seen keine negativen Folgen entstehen. Von erheblicher Bedeutung ist in diesem Zusammenhang neben dem Ausmaß des Überdeckungsgrades die Lage und Verteilung der Module auf der Seefläche.
Die Teilabschattung der Wasseroberfläche wirkt allerdings auch Negativeffekten entgegen, die sich durch die vermehrte Erwärmung von Seewasserkörpern infolge des Klimawandels ergeben:
• Durch die Klima-Folgewirkungen wird die Einstrahlung im globalen Mittel zwischen 2,5- 8,5 W/m2 zunehmen (RCP 2,5-8,5)
• Derzeit geht man von einer Zunahme zwischen 4,5-8,5 W/m2 (ø RCP 4,5 & 8,5) aus.
• Bei einer mittleren Energieflussdichte von 130 W/m2 würde eine Abschattung von 5% (=∆ 6,25 W/m2) die zu erwartende Zunahme der Solarstrahlung kompensieren.
Als Folge der teilweisen Überdeckung der Seeoberfläche und deren Auswirkung auf die relevanten meteorologischen Wirkgrößen ist primär mit folgenden Beeinflussungen der Seewasserbeschaffenheit zu rechnen:
Durch direkte und (daraus folgende) indirekte Auswirkungen schwimmender Photovoltaik Anlagen ist mit (theoretischen) Auswirkungen für die Beschaffenheit eines Sees bzw. die kennzeichnenden Beschaffenheitsparameter zu rechnen, wie:
• Sauerstoffhaushalt durch veränderte physikalische und biogene Belüftung.
• Ab- und Umbauvorgänge im Wasserkörper (Gewässergüte) u.a. als Folge des veränderten Temperatur- und Sauerstoffhaushaltes.
• Besiedlungsbild insbesondere von Makrophyten und Phytoplankton durch veränderte Nährstoffbedingungen und ein anderes Einschichtungsverhalten.
Um die Auswirkungen schwimmender Photovoltaik Anlagen auf die Gewässergüte im Einzelfall nachvollziehbar darzustellen und ggf. Anpassungen vornehmen zu können, empfiehlt es sich, zunächst eine Machbarkeitsstudie unter Verwendung geeigneter Prognosemodelle durchzuführen.
Als Beispiel sei hier das kurz zusammengefasste Ergebnis einer entsprechenden Untersuchung eines Baggersees in der Oberrheinebene angeführt. Untersucht wurden die Auswirkungen einer schwimmende Photovoltaik Anlage auf die Gewässergüte des Sees mit einem Prognosemodell (Modell) und unter Verwendung von Literaturquellen (Lit.). Die Darstellung erfolgte für die Auskiesungsphase und für die Entwicklung nach Einstellung der Auskiesung unter der Voraussetzung von zwei Nutzungsvarianten mit unterschiedlichen Auswirkungen auf die beiden meteorologischen Wirkgrößen Globalstrahlung und Windgeschwindigkeit.
Die Modellierung lässt Variantenprüfungen mit unterschiedlichen Formen der Anlagenausgestaltung zu. Auf diese Weise kann u.a. die maximale Flächengröße der Seeüberdeckung herausgearbeitet werden, ohne dass Erheblichkeitsschwellen zum Beispiel bezüglich Zirkulationsverhalten, Sauerstoffhaushalt oder Blaualgenentwicklungen überschritten werden.
Bei einer Flächenüberdeckung von 15 % erreichten die vorhabendbedingten Effekte bei weitem nicht die Erheblichkeitsschwellen. Je nach Qualitätsmerkmal ist ohne Kompensationsmaßnahmen mit erheblichen Beeinflussungen ab einer Flächenüberdeckung von 25-45% zu rechnen.
