Floating PV - Potenziale und Herausforderungen in Deutschland

​veröffentlicht am 04. November 2020

Schwimmende Photovoltaikanlagen, auch Floating PV genannt, haben schon im Jahr 2018 die Marke von 1.000 MWp bei der global installierten Leistung geknackt. Zunehmend werden auch in Europa Baggerseen stillgelegter Kieswerke genutzt und gerade der Kohleausstieg in Deutschland mit dann ungenutzten Tagebauflächen eröffnet ein großes Flächenpotenzial. 

Aktueller Status

Das erste Floating PV-Projekt hierzulande wurde bereits Mitte vergangenen Jahres erfolgreich von Erdgas-Südwest umgesetzt. In Renchen in Baden versorgt nun eine schwimmende PV-Anlage mit 750 kWp Leistung ein angrenzendes Kieswerk mit Strom. Die erzeugt Solarstrommenge und der Eigenverbrauchsanteil waren im ersten Jahr sogar höher als kalkuliert. Die Stromkosten des Kieswerks konnten um 10 Prozent gesenkt werden.

Doch auch außerhalb Deutschlands zeigen Projektentwickler zunehmend Interesse. Denn solche oder ähnliche Projekte wie in Renchen, werden mittlerweile in vielfältigen Ausführungen in ganz Europa umgesetzt. So wurde beispielsweise in Albanien eine 2 MWp Floating PV-Anlage auf den Stausee eines Wasserkraftwerks gebaut und fungiert dort somit als Teil einer Hybridlösung. In den Niederlanden wiederum setzt das Unternehmen BayWa r.e. momentan mit 27 MWp Leistung das größte Projekt schwimmender PV außerhalb Chinas um.

Das gewachsene Vertrauen in die Technologie sorgte dafür, dass Schätzungen zufolge Ende 2019 weltweit ca. 2,4 GWp Floating PV-Leistung installiert waren. Die Prognose der ITRPV kommt sogar zu dem Schluss, dass sich die weltweit installierte Floating PV-Leistung bis 2029 sogar auf 10 Prozent der gesamten installierten PV-Kapazität erhöhen wird. 

Technische Ausbaupotenziale

In Europa würde theoretisch eine Gesamtfläche von über 20.000 km² zur Bebauung zur Verfügung stehen. Würde nur 1 Prozent dieser Fläche tatsächlich für den Bau von Floating PV-Anlagen in Anspruch genommen werden, könnte eine Leistung von 20 GWp installiert werden. Die Anlagen würden somit schätzungsweise über 19.500 GWh erneuerbaren Strom pro Jahr produzieren.¹ 

Auch in Deutschland wurde das Potenzial von Floating PV analysiert. Die Bundesrepublik verfügt über knapp 500 Braunkohle-Tagebauseen mit einer Gesamtfläche von 47.251 Hektar. Das gesamte wirtschaftliche Potenzial von 4,9 Prozent der theoretisch zur Verfügung stehenden Seefläche entspricht einer installierten Leistung von 2,74 GWp. Insgesamt wäre sogar ein Potenzial von ca. 55 GWp vorhanden.² Unter Betrachtung der Umstände, dass der Anteil der Braunkohle-Tagebauseen nur 12,9 Prozent der Gesamtheit aller künstlich angelegten Gewässer in Deutschland entspricht, ist ein noch deutlich höheres Potenzial für die Technologie zu erwarten.

Dabei ist die Identifikation einer geeigneten Zubaufläche von einigen Faktoren abhängig. So muss neben einem unverschatteten Gewässer ein leichter Zugang zum Wasser vorliegen. Weiterhin muss es sich bei dem Standort um ein möglichst ruhiges Gewässer (künstlich angelegte Stauseen, industrielle Gewässer wie Kühlteiche und Abwasserbehandlungsanlagen, Bewässerungsteiche etc.) handeln, bei dem im besten Fall schon eine gewisse elektrische Infrastruktur vorhanden ist. Bei dem Gewässer sollte es sich außerdem vorzugsweise um Süßwasser handeln, das nur über eine geringe Tiefe und einen harten Boden verfügt um die Verankerung zu vereinfachen. Zudem muss ausreichend Landfläche für den Einsatz und die Platzierung der benötigten elektrischen Infrastruktur vorhanden sein.²

Vor allem die Kombination mit Wasserkraftwerken als Hybridlösung könnte aufgrund der verstetigten Erzeugung, des bereits vorhandenen Netzanschlusses und der ausgeschlossenen anderweitigen Nutzung der Sperrgebiete vor den Staumauern für den zukünftigen Zubau an schwimmenden PV-Anlagen relevant sein.

Weitere Vorteile bestehen in Bezug auf die Gewässerökologie. Durch die Module kann die Verdunstungsreaktion verringert werden und durch die partielle Verschattung bleibt die Wassertemperatur auf einem niedrigeren Niveau. Dadurch ist die Gefahr einer übermäßigen Algenbildung geringer. Außerdem können die Anlagen Ruhezonen für Fische schaffen.

Systemtechnik

Bei einer Floating PV-Anlage sind die PV-Module auf Schwimmkörpern installiert. Die einzelnen Modulteile sind über bewegbare Verbindungsstücke miteinander verknüpft und sorgen so für eine möglichst flexible Anpassung an die Wasseroberfläche. Das Schwimmsystem wird über ein Verankerungssystem gesichert. Die Verankerung, die als Schlüsselkomponente gilt, sorgt für mechanische Stabilität, kann sich an Wasserstandschwankungen anpassen und dabei die Position in vorgesehener Ausrichtung beibehalten. Die Robustheit des Verankerungssystems ist dabei entscheidend, um der Witterung standzuhalten. Ein genauer Entwurf der Verankerung ist jeweils standortabhängig. Die PV-Anlage wird über (Unter-)Wasserkabel mit dem Stromnetz und dem jeweiligen Verbraucher verbunden.

Wirtschaftlichkeit

Die Technologie der Floating PV-Anlagen zeichnet sich durch einen leicht höheren Ertrag im Vergleich zu konventionellen PV-Anlagen aus. Dieser Mehrertrag wird durch die kühlere Umgebungstemperatur und die bessere Windbelüftung, die im Vergleich zu konventionellen Anlagen besteht, erreicht. Die Temperatur von schwimmenden Modulen ist um 5-10°C niedriger, als bei Onshore-Installationen.³ So erhöht sich die Leistung eines PV-Moduls mit 270-310W bei 10°C niedrigerer Umgebungstemperatur um ca. 3,9 Prozent. Dies entspricht einer Leistungssteigerung von 8,25-12,1 Wp, wodurch letztendlich höhere Erträge erzielt werden können.

Installationskosten sind für beide Anwendungen in etwa gleich hoch. Die Installation von Floating PV-Anlagen ist zwar einfacher durchzuführen, gleichzeitig wird aber extra geschultes Personal benötigt. Auch die Wartungskosten für beide PV-Arten unterscheiden sich kaum. Denn bei den schwimmenden PV-Anlagen ist auf der einen Seite die Staubverschmutzung vergleichsweise geringer und das zur Reinigung benötigte Wasser ggf. direkt verfügbar, aber auf der anderen Seite steigt die Gefahr der Verschmutzung durch Vögel und es müssen eventuell zusätzlich Boote und Taucher hinzugezogen werden, um die Anlage instand zu halten.

Die Investitionskosten von Floating PV-Anlagen sind jedoch höher als die konventioneller Anlagen. Grund dafür ist die benötigte Wasserresistenz der Bauteile, der vergleichsweise komplexere Aufbau und die längeren Leitungen der Anlage. Darüber hinaus haben Skaleneffekte aufgrund der vergleichsweise jungen Technologie noch nicht so stark eingesetzt wie bei konventionellen PV-Systemen. Insgesamt belaufen sich die Investitionskosten von Floating PV-Systemen laut Weltbank auf etwa 0,67-1,00 €/Wp.¹

Die teilweise starke Variation der Investitionskosten wird bei der Gegenüberstellung verschiedener Projekte deutlich.

Die Investitionskosten der schwimmenden PV-Module als Hybridlösung bei dem bereits erwähnten Wasserkraftwerk in Albanien, beliefen sich, genauso wie bei dem bisher größten umgesetzten Floating PV-Projekt „OMEGA 1” in Frankreich, jeweils auf 1,00 €/Wp. Doch während bei dem deutschen Projekt in Renchen etwa 1,33 €/Wp investiert werden mussten, waren es bei der weltweit größten Floating PV-Anlage (155 MWp) in China nur 0,88 €/Wp. Dies zeigt, dass die Kosten bei zunehmender Größe der Projekte durchaus sinken können.

Bei der Berechnung der Wirtschaftlichkeit von schwimmenden PV-Anlagen ist neben der Betrachtung der steigenden Investitionskosten und der größeren Erträge vor allem auch der Anteil des Eigenstromverbrauchs der Anlage entscheidend.

Die Tabelle lässt erkennen, dass die Rendite eines Floating PV-Projekts stark von dem Anteil des Eigenstromverbrauchs abhängt und Ausschreibungsanlagen aktuell in Ausschreibungen noch nicht konkurrenzfähig sind. Daraus lässt sich schließen, dass Floating PV-Anlagen in der Größe von max. 750 kWp auf EEG-vergütungsfähigen Flächen vor allem in der Nähe großer Verbraucher besonders attraktiv sind. 

Zusammenfassung

Da Floating PV gerade erst beginnt als ernstzunehmende Technologie wahrgenommen zu werden, sind hier in naher Zukunft noch viele positive Entwicklungen zu erwarten. Skaleneffekte werden zu Kostensenkungen bei den Unterkonstruktionen führen, die vermehrte Anwendung wird das Vertrauen steigern und somit das wahrgenommene Risiko senken. Die Tatsache, dass Floating PV-Anlagen ebenso wie Agro-PV nicht in direkter Konkurrenz mit der Lebensmittelproduktion stehen führt zu tendenziell erhöhter Akzeptanz.

In Deutschland sind aufgrund des regulatorischen Rahmens besonders Baggerseen mit angrenzender Produktion und somit hohem Eigenstromverbrauch wirtschaftlich rentabel. Hybridlösungen in Kombination mit der Wasserkraft sind intelligente Lösungen zur Verstetigung der Stromerzeugung. 

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¹ The World Bank, 2019, Where Sun Meets Water - Floating Solar Market Report
² Fraunhofer ISE, 2020, Fraunhofer ISE analysiert Potenzial für Solarkraftwerke auf Braunkohle-Tagebauseen

³ Lui et. al., 2018, Field Experience and Performance Analysis of Floating PV Technologies in the Tropics

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