Vertikale bifaziale Photovoltaiksysteme – Innovative Anwendungsmöglichkeiten mit enormen Potenzial für die Landwirtschaft

​veröffentlicht am 25. August 2020

Vertikale bifaziale Photovoltaikanlagen (PV) sind eine besondere Verwendung doppelseitiger Solarzellen bei denen die Module nicht wie üblich geneigt, sondern senkrecht aufgestellt werden. Durch ihre bifazialen Eigenschaft können sie nicht nur höhere spezifische Stromerträge erzielen und für eine Entlastung der Netze sorgen, sondern sind dank ihrer besonderen Ausrichtung auch variabel einsetzbar. Vor allem in Kombination mit der Landwirtschaft bietet sich somit eine Vielzahl von Möglichkeiten.

Technisches Prinzip

In unserem letzten Artikel haben wir uns mit dem innovativen PV-Anlagenmodell der bifazialen Solarzellen auseinandergesetzt. Bifaziale PV-Module unterscheiden sich von herkömmlichen Solarmodulen insofern, als dass der vollflächige Rückkontakt des Moduls durch einen Fingerprint-Kontakt ersetzt wird. Dies hat zur Folge, dass die Solarzelle auch Licht, welches auf die Rückseite trifft zur Stromerzeugung nutzen kann. Dadurch steigt auch der Wirkungsgrad des Moduls. Wie sehr der Mehrertrag ansteigt hängt dabei im wesentlichem vom Albedo, dem Rückstrahlvermögen des Untergrunds ab. Je heller der Untergrund, desto höher der durch die Rückseite zusätzlich erzeugte Ertrag. So können bifaziale PV-Module unter deutschen Witterungsbedingungen einen jährlichen Mehrertrag zwischen 5 Prozent und 15 Prozent erzielen.¹

Die Anwendungsmöglichkeiten von bifazialen PV-Modulen wurden zuletzt weiter gedacht und vor allem eine Technologie könnte sich hierbei als zukunftsweisend herausstellen und verdient somit besondere Aufmerksamkeit: vertikale bifaziale PV-Anlagen.

Die vertikale Ausrichtung der Module erfolgt hierbei zumeist in Ost-West-Ausrichtung. Diese Installationsmethode bietet im Vergleich zum herkömmlichen Layout einige Vorteile. Einerseits ändert sich das Produktionsprofil. Durch die besondere Ausrichtung des Moduls wird der Peak der Stromerzeugung nicht zu den Mittagsstunden, sondern jeweils Vor- und Nachmittags erreicht. Da so verhältnismäßig viel Energie in der Früh und am Abend erzeugt wird, ergibt sich ein tendenziell höherer Spotmarktpreis. Das Problem des Kannibalisierungseffektes² wird abgeschwächt. Durch die komplementäre Erzeugung kann somit gleichzeitig auch für eine gewisse Entlastung der Netze gesorgt werden.

Durch die vertikale Ausrichtung werden wirksam Schneeablagerungen sowie starke Verschmutzungen vermieden.

Allerdings geht der Bau von vertikalen bifazialen PV-Modulen auch mit einigen Herausforderungen einher. Zum einen sind eventuelle Wechselwirkung zwischen PV-System und Landwirtschaft sowie der größere Flächenbedarf zu berücksichtigen. Zum anderen besteht aufgrund des Albedos eine Abhängigkeit des Ertrags von der bebauten Fläche die es auch planerisch zu erfassen gilt. Außerdem kann der durch das komplementäre Erzeugungsprofil der Module gewonnene höhere Marktwert nur im PPA-Segment, nicht aber im EEG-Marktprämienmodell genutzt werden. 

Anwendungsbeispiele

Der größte Vorteil im Vergleich zu herkömmlichen PV-Installationsmethoden ist der minimale Flächenverbrauch. Dadurch werden neue Nutzungskonzepte wie Solarzäune, Lärmschutzwände oder neuartige Agro-PV-Systeme möglich. Die Kombination mit konventionell geneigten installierten PV-Anlagen (sog. Hybrid-Anlagen) bietet zudem die Möglichkeit verhältnismäßig viel PV-Generatorleistung bei verhältnismäßig kleinem Netzanschluss zu installieren. Die Installation einer vertikalen PV-Anlage an der Grundstücksgrenze bestehender Anlagen hat durch eventuell vereinfachte Genehmigungsprozesse und geringe Anschlusskosten wirtschaftliches Potenzial.

Durch die platzsparende Installationsmöglichkeit der vertikalen PV-Module kann grundsätzlich die genutzte Fläche doppelt genutzt werden. Der durch Verschattung bedingte Reihenabstand von mindesten 10m ermöglicht unter gewissen Rahmenbedingungen Landwirtschaft auf der selben Fläche. Somit rückt die Tatsache, dass ein höherer spezifischer PV-Flächenbedarf vorliegt in den Hintergrund. Die nicht bestehende Flächenkonkurrenz mit der Nahrungsmittelerzeugung ist speziell in der öffentlichen Darstellung ein großes Plus. Damit können eventuell auch kritische Entscheider überzeugt und nachhaltig orientierte Kommunen als regionaler Partner gewonnen werden.

Finanziell werden im Vergleich zu konventionellen Anlagen höhere Investitionskosten anfallen, da bifaziale Module mit vertikaler Aufständerung noch kein weitverbreitetes Standard-Produkt sind. Pachtkosten sind stark von den Verhandlungen abhängig und können trotz höherem spezifischen Flächenbedarf auch niedriger sein. Zumindest zum Teil werden diese Mehrkosten durch die Doppelnutzung, geringere spezifische Netzanschlusskosten und höhere spezifische PV-Erträge kompensiert. Da gerade Flächen außerhalb des Förderrahmens des EEGs hier nutzbar sind, wirken sich die höheren Markterlöse zusätzlich positiv aus. Zudem sind vertikale bifaziale PV-Anlagen bzw. auch Hybrid-Anlagen durch das Erzeugungsprofil bei eigenstromoptimierten PV-Anlagen oft vorteilhaft. Insgesamt stellt sich bei der üblich starken Abhängigkeit von den Stromerlösen und der Investitionskosten (die Pachtkosten spielen eher eine untergeordnete Rolle) eine Wirtschaftlichkeit ein, die vergleichbar mit der von konventionellen PV-Anlagen ist. Eine projektspezifische Prüfung ist in jedem Fall vorzunehmen.

Landwirtschaftlich bietet sich eine Vielzahl an Nutzungsoptionen. Neben der Grünlandnutzung für beispielsweise die Nutztierhaltung, kann auch Feldanbau betrieben werden. Aufgrund des durch die Module zusätzlich gespendeten Schattens bietet sich vor allem der Anbau von Rüben oder Kartoffeln an, welche eventuell sogar von der Teilverschattung profitieren. Wichtig ist nur den minimalen Reihenabstand zu gewährleisten und dass die Bepflanzung keine Module verschattet.

Da vertikale PV-Module die Niederschlagsverteilung nicht beeinflussen, kann in Verbindung mit dem zugleich gespendeten Schatten mit geringen Wassereinsparungen gerechnet werden.

Marktüberblick

Momentan befassen sich einige Forschungseinrichtungen und nur wenige Unternehmen im deutschsprachigen Raum intensiver mit der Umsetzung von Projekten zu vertikalen bifazialen PV-Anlagen. Oft sind es Projektierer, welche auch Spezialanfertigungen anbieten. Die bifazialen Solarpanels werden wie bei allen Anbietern vertikaler PV-Anlagen zugekauft.

Im folgenden sind Hersteller bifazialer Modulhersteller und Hersteller / Projektierer vertikaler PV-Konstruktionen im deutschsprachigen Raum auszugsweise aufgeführt:

Förderung und Finanzierung

Für vertikale bifaziale PV-Systeme gibt es aktuell keine vergütungs- oder genehmigungsrechtliche Sonderstellung.

Dementsprechend ist im Sinne des normalen Genehmigungsprozesses nach einer entsprechenden Widmung der Fläche durch einen Bebauungsplan (BauGB §30ff.) eine Baugenehmigung zu erwirken.
Eine eventuelle gesetzlich garantiert Vergütung und der Netzanschluss erfolgt im Rahmen des Erneuerbare Energien Gesetzes (EEG 2017 §16, §19ff., §37ff., 48f.) je nach Anlagengröße und auf Flächen die den Flächenvorgaben für die Förderung entsprechen.

Basierend auf der Tatsache, dass die Fläche nur zusätzlich der PV-Stromerzeugung dient und dies ohne wesentliche Einschränkungen der Landwirtschaft passiert, wäre eine gesonderte, vereinfachte Genehmigung für solche PV-Anlagen wünschenswert und denkbar, ist aber leider noch nicht im politischen Prozess zu erkennen. Im Sinne einer nachhaltigen Landwirtschaft, welche immer mehr von vielen Stakeholdern gefordert wird, wäre eine Förderung auch eine positive Entwicklung für die Landwirte selbst. Diese würden sowohl wirtschaftlich als auch von der positiven öffentlichen Wahrnehmung profitieren.

Fazit

Bisher sind vergleichsweise wenige Projekte von vertikalen bifazialen PV-Systemen umgesetzt worden. Die Kosten für die Systeme sind in manchen Punkten (v.a. Investitionskosten) höher als bei herkömmlichen PV-Anlagen, stehen aber Minderkosten bzw. Mehrerlöse bei anderen Positionen (höhere spezifische Stromerzeugung, geringere spezifische Pachtkosten, Stromvermarktungserlöse, geringere spezifische Netzanschlusskosten) gegenüber. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, die Doppelnutzung und das, für Eigenstromerzeugung interessante Erzeugungsprofil sprechen dafür diesen Anlagentyp bei der Flächenakquise und Anlagen-Layout-Planung in Betracht zu ziehen. Nachhaltig orientierte Kommunen können hier ein idealer Ansprechpartner bei der Projektentwicklung und Flächenakquise sein.
 

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¹ Fraunhofer ISE: „Maximale Erträge und höchste Zuverlässigkeit mit bifazialen PV-Modulen”

² Bei gleichzeitiger hoher Produktion von z.B. ansteigenden Mengen Solarstrom sinkt der Börsenstrompreis; dieser Effekt nimmt mit der installierten Leistung zu, damit reduzieren PV-Anlagen nach dem aktuellen Marktprinzip ihren eigenen Marktpreis

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