Auf dem Wasser treibende Solarzellen werden besser gekühlt und können so mehr Strom erzeugen

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Science
10/23/2020

Schwimmende Solarzellen auf Stauseen bringen viele Vorteile

Die Kombination von Speicherkraftwerken mit schwimmenden Photovoltaikanlagen hätte großes Potenzial, ist aber noch wenig erforscht.

von David Kotrba

"Floatovoltaics" lautet die Wortkreation für Photovoltaikzellen, die auf Schwimmkörper montiert werden, um auf dem Wasser zu treiben. Das Konzept bringt mehrere Vorteile mit sich: Die Solarzellen werden gekühlt und arbeiten dadurch effizienter, auf dem Wasser gibt es weniger Staub und somit weniger Verschmutzung der Zellen, man erspart sich Grundstückskäufe und die Errichtung ist unkomplizierter. Floatovoltaics werden deshalb weltweit in immer größerem Maßstab aufgebaut. Kombiniert man die schwimmenden Solarzellen mit Wasserkraftwerken, ergeben sich weitere Vorteile.

Hochpumpen und Ablassen

Das Labor für erneuerbare Energien des US-Energieministeriums hat in einer neuen Studie aufgezeigt, dass enormes Potenzial in der Idee schlummert. Wenn man weltweit Floatovoltaics auf bereits existierenden Stauseen für Speicherkraftwerke errichten würde, könnte man jährlich bis zu 10.600 Terawattstunden Strom produzieren. Zum Vergleich: Der globale Stromverbrauch im Jahr 2018 (aktuellste Statistik der internationalen Energieagentur) betrug 24.700 TWh.

Es ist nicht die erste Studie zu dem Thema. In einer finnischen Arbeit von 2018 ist von einer "virtuellen Batterie mit großem globalem Potenzial" die Rede. Durch die örtliche Kombination von Wasser- und Solarkraft könnte etwa überschüssige Sonnenenergie dazu eingesetzt werden, um Wasser aus tieferen Lagen in einen Stausee hochzupumpen. In der Nacht könnte das Wasser zur Stromproduktion über Turbinen wieder abgelassen werden. Wird der Solarstrom ins Netz eingespeist, wäre die gesamte Übertragungsinfrastruktur dafür schon vorhanden. Außerdem würde die Bedeckung der Wasseroberfläche zu weniger Verdunstung führen und den Algenwuchs beschränken.

Pilotprojekt in Portugal

Trotz all dieser positiven Aspekte gibt es in Europa bislang nur ein größeres Pilotprojekt, das die Idee umsetzt. 2016 hat der portugiesische Energieversorger EDP am Stausee Alto Rabagao 840 Photovoltaikpaneele installiert, die eine Fläche von 2500 Quadratmetern bedeckten. Während des einjährigen Testeinsatzes produzierte die Anlage fünf Prozent mehr Strom als erwartet und widerstand Schneefall und ein Meter hohen Wellen. EDP führt nun weitere Studien durch, um die Anwendung im größeren Maßstab vorzubereiten.

Anders in den Alpen

In Österreich gebe es zwar eine Diskussion rund um hybride Solar- und Wasserkraftwerke, aber die entwickle sich erst, meint Helmut Habersack, der Leiter des Instituts für Wasserbau an der Universität für Bodenkultur: "Ich kenne noch keine Studie, die das Potenzial in Österreich dargestellt hätte, das wäre aber interessant." Auf heimischen Stauseen, die meist hoch in den Alpen liegen, seien die Voraussetzungen freilich anders als im vergleichsweise warmen Portugal. "Wenn sich im Winter Eis bildet, kann es natürlich mechanische Zerstörung geben."

Als kritischen Punkt sieht Habersack die Frage der Verankerung der schwimmenden Solarmodule. "Ein Stausee hat Höhenschwankungen von vielen Metern. Für die Wartung gibt es besonders große Stauspiegelabsenkungen. Das würde bedeuten, dass ein Floß mit Solarzellen auf dem Sediment aufliegt. Sitzt es dann auf Schlamm auf oder sinkt darin ein? Das muss man alles mitbedenken." Befinde sich Wald rund um den Stausee, sei zudem mit Treibgut zu rechnen. Beim Projekt in Portugal verschlang alleine die Entwicklung einer geeigneten Verankerung 20 Prozent der Projektkosten.

Was Fische dazu sagen

Bei einem Hybrid-Kraftwerk in Österreich ist natürlich zu bedenken, dass es durch eine Bedeckung der Wasseroberfläche Beeinflussungen der Ökosysteme geben könnte. "Betreffend Lebensräume für Fische macht das natürlich einen Unterschied ob man sich im hochalpinen Raum befindet, wo bereits natürlicherweise kein Fischlebensraum ist oder in tiefergelegenen Regionen, wo die Ausgangslage anders ist".Dazu gebe es bisher aber nur wenige wissenschaftliche Erkenntnisse, wie zur Solar-Wasserkraft-Kombi insgesamt. "De facto ist es ein spannendes Thema, aber es sind noch einige Fragen offen."

Unterdessen könne man überlegen, zumindest den Stromverbrauch von Wasserkraftwerken, etwa für Sensoren und Regelungstechnik, mit Solarstrom zu decken.

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