Angesichts des rasanten Anstiegs der Photovoltaik-Installationen (PV) in den letzten Jahren wird erwartet, dass die weltweit installierte PV-Leistung in diesem Jahr 450 GW übersteigen wird. Da geeignete Landressourcen immer knapper werden, muss der Markt vielfältigere PV-Anwendungsbereiche erschließen. Auf der diesjährigen SNEC, der weltweit größten Solarmesse, präsentierten zahlreiche Modulhersteller Produkte, die speziell für unterschiedliche Umgebungen entwickelt wurden, wobei schwimmende PV-Anlagen und Wüsten-PV-Anwendungen besonders hervorstachen. Diese innovativen Anwendungen begegnen nicht nur der Landknappheit, sondern integrieren sich auch in lokale Ökosysteme und bieten somit sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile.
Dieser Artikel untersucht die Anwendungsszenarien, technischen Merkmale und das Zukunftspotenzial von schwimmenden und Wüsten-Photovoltaikanlagen. Anhand von Fallstudien analysieren wir ihre Vorteile und Herausforderungen in realen Anwendungen.
Schwimmende Photovoltaikanlagen: Anwendungen und Merkmale
Schwimmende Photovoltaik ist eine aufstrebende und vielversprechende Technologie, bei der Solarmodule zur Stromerzeugung auf Wasseroberflächen installiert werden. Sie bietet zahlreiche Vorteile, darunter Umweltschutz, wirtschaftliche Vorteile und einen sozialen Mehrwert. Bei der Installation trägt die Verwendung umweltfreundlicher Materialien zum Erhalt aquatischer Ökosysteme bei, während die vereinfachte und schnelle Installation die Baukosten senkt und die bei bodenmontierten Photovoltaikprojekten häufig auftretenden Landbesitzstreitigkeiten vermeidet.
Schwimmende Photovoltaikanlagen lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Offshore-Anlagen und Binnengewässeranlagen. Zu den Binnenprojekten zählen Installationen auf Seen, Stauseen, stillgelegten Tagebaugruben, künstlichen Seen und Teichen.
Technische Merkmale
Bei der Modulauswahl erweisen sich bifaziale Glasmodule in schwimmenden PV-Anlagen als äußerst effektiv, da sie Probleme mit der Wasserdampfdurchlässigkeit lösen und die Stromerzeugung im Vergleich zu bodenmontierten Systemen um 5–10 % steigern können. Hinsichtlich der Systemauslegung werden in Gewässern mit einer Tiefe von weniger als 3 Metern typischerweise Festpfahlgründungen eingesetzt, während in tieferen Gewässern (über 3 Meter) schwimmende Strukturen wie Ponton- oder Kastenplattformen zum Einsatz kommen. Da schwimmende PV-Anlagen oft schneller und einfacher zu installieren sind als landbasierte, erschließen Projektentwickler diesen Sektor zunehmend und schaffen so einen differenzierten Markt für Modulhersteller. Dieser Trend war auf der SNEC deutlich zu erkennen, wo zahlreiche Unternehmen speziell für wasserbasierte Anwendungen entwickelte PV-Module präsentierten und damit das erhebliche Wachstumspotenzial schwimmender Solaranlagen unterstrichen.
Da schwimmende Photovoltaikanlagen immer beliebter werden, wird in China in diesem Jahr voraussichtlich Offshore-Photovoltaikprojekte mit einer Gesamtleistung von 2–3 GW in Angriff genommen, hauptsächlich in Küstenprovinzen wie Shandong, Jiangsu, Zhejiang und Fujian. Viele dieser Projekte sollen zwischen Ende 2024 und Anfang 2025 realisiert werden, die Auslieferung der Anlagen beginnt im vierten Quartal 2024. Sungrow Floating PV, Marktführer in diesem Bereich, ist nach wie vor das einzige Unternehmen, das schwimmende Photovoltaikanlagen in Gewässern mit einer Tiefe von über 100 Metern bauen kann.
Neben großflächigen Offshore-Anlagen bieten auch Binnengewässer-Photovoltaikprojekte in China erhebliches Potenzial. Diese Projekte lassen sich in zentrale und dezentrale Systeme unterteilen. Zentrale Binnengewässer-Photovoltaikanlagen, die häufig in durch den Kohleabbau entstandenen Senkungsgebieten errichtet werden, weisen typischerweise eine Leistung von 50 bis 200 MW auf. Dezentrale Teich-Photovoltaikanlagen hingegen erreichen in der Regel eine Leistung von 5 bis 30 MW. Insgesamt zeigen Chinas Binnengewässer-Photovoltaikprojekte ein beträchtliches Potenzial, und Infolink erwartet, dass Chinas schwimmende Photovoltaikanlagen in diesem Jahr 5 GW überschreiten werden, während die weltweit installierte Leistung 7–8 GW erreichen dürfte.
Herausforderungen und Lösungen
Trotz ihres vielversprechenden Wachstums steht die schwimmende Photovoltaik vor einigen Herausforderungen, darunter komplexe Bau- und Wartungsanforderungen. Zudem bedürfen Bedenken hinsichtlich der Wasserqualität und der aquatischen Ökosysteme weiterer Bestätigung durch Fallstudien. Unternehmen reagieren darauf mit Lösungsansätzen. So setzte beispielsweise Sungrow Floating PV in seinem 60-MW-Stauseeprojekt in Singapur lebensmittelkonforme Materialien ein, um die Wasserqualität zu gewährleisten. Da immer mehr Unternehmen innovative Technologien und strenge Umweltstandards anwenden, steigt die Akzeptanz der schwimmenden Photovoltaik in der Öffentlichkeit stetig und ebnet den Weg für eine nachhaltige Entwicklung.
Photovoltaik in der Wüste: Anwendungen und Merkmale
Die Photovoltaik in Wüsten nutzt die reichlich vorhandene Sonneneinstrahlung und die weiten, offenen Landschaften, um eine hocheffiziente und kostengünstige Stromerzeugung zu erzielen. China ist weltweit führend bei Solarenergieprojekten in Wüstenregionen und realisiert Großprojekte in Trockengebieten wie Xinjiang und der Inneren Mongolei. Das Projekt „Shagehuang“, Chinas erstes Hybridkraftwerk mit einer Leistung von 10 GW aus Solar- und Windenergie, ist ein Beispiel für diesen Trend. Die erste Phase (1 GW) ist bereits ans Netz angeschlossen, während die zweite und dritte Phase im Bau sind.
Aufgrund strengerer Landnutzungsvorschriften für großflächige Solarparks wenden sich Projektentwickler zunehmend Wüstengebieten zu, wo die Landbeschaffung einfacher ist. Darüber hinaus tragen Photovoltaikprojekte in der Wüste zur Renaturierung bei, indem sie Aufforstungsmaßnahmen unterstützen, wodurch die „solarbetriebene Begrünung der Wüste“ zu einer vielversprechenden Strategie wird.
Technische Herausforderungen und Anpassungen
Wüstenumgebungen stellen Photovoltaikmodule vor extreme Herausforderungen, darunter hohe Temperaturen, große tägliche Temperaturschwankungen, intensive UV-Strahlung und Sandstürme. Um diesen Problemen zu begegnen, entwickeln Hersteller Technologien wie dickeres Glas für besseren Sandschutz, staubabweisende Beschichtungen und eine verbesserte thermische Beständigkeit.
In bestimmten Regionen gelten spezifische Vorschriften. So müssen beispielsweise in der Inneren Mongolei Solaranlagen zur Netzstabilität mit Energiespeichern ausgestattet sein und erfordern die lokale Produktion von PV-Modulen und Batterien. Zudem begrenzen Übertragungskapazitäten in Nordwestchina den Stromexport in andere Provinzen, was das Interesse an PV-Projekten in Wüstenregionen dämpft. Daher bleibt die Nachfrage nach PV-Anlagen in Wüstenregionen im Jahr 2024 relativ gering.
Zukunftsaussichten
Sowohl schwimmende als auch in der Wüste eingesetzte Photovoltaik-Technologien stellen vielversprechende Zukunftsperspektiven für erneuerbare Energien dar. Um den wirtschaftlichen Nutzen zu maximieren, integrieren einige schwimmende PV-Projekte Aquakultur und Ökotourismus und bilden so ein integriertes „Solar-Fischerei“-Modell. Gleichzeitig erforschen PV-Projekte in der Wüste multifunktionale Ansätze, die Solarenergie mit Landwirtschaft und ökologischer Wiederherstellung verbinden, um nachhaltige Wüstenparks zu entwickeln.
Obwohl diese Anwendungen weltweit derzeit noch Nischenmärkte darstellen, könnten fortlaufende technologische Fortschritte und förderliche politische Rahmenbedingungen ihre Expansion vorantreiben. Angesichts zunehmender Umweltbedenken und des steigenden Energiebedarfs bergen sowohl schwimmende als auch Wüsten-Photovoltaikanlagen das Potenzial, ein Gleichgewicht zwischen Wirtschaftlichkeit und ökologischer Nachhaltigkeit zu schaffen und so eine Win-Win-Situation für die Energiewende zu generieren.
