Schwimmende Solaranlagen sind Trend in der Photovoltaik

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Schwimmende PV-Anlagen auf Gewässern bieten auf der einen Seite höhere Erträge und lassen sich leicht installieren. Anderseits könnten sie auch die Problematik der Flächenkonkurrenz entschärfen. So bietet der neue Trend viel Potenzial.

Analysten des China Electricity Council prognostizieren für das laufende Jahr ein starkes globales Wachstum beim Zubau von neuen Solaranlagen, das etwas durch den globalen Corona-Lockdown gebremst wird. Im Vergleich zum Vorjahr stieg die Solarenergieproduktion im Land der Mitte um 20%. Im Gegensatz dazu waren konventionelle Energie-Quellen – allen voran Kohle – rückläufig.

Einer der Vorteile der Solarenergie sind Grenzkosten von nahezu Null. Das bedeutet, dass man annähernd kostenlos produzieren kann, sobald die Fixkosten gedeckt sind. In wirtschaftlich schwierigeren Zeiten werden gerade auch Energiekosten in der Produktion berücksichtigt. Zudem kann die Solarenergie äußerst schnell und flexibel bedarfsgerecht produzieren.

Solarenergie auf dem Wasser gewinnen

Der neue Trend bei Solaranlagen heißt Floating Photovoltaik (FPV), deutsch: schwimmende Photovoltaik. Die Technik ist weitgehend ausgereift und vor allem in Asien bereits seit über zehn Jahren im Einsatz. Das Potential für diese schwimmenden Solaranlagen ist enorm, auch für Europa, wo erste Systeme auf Bagger- oder Stauseen und an Meeresküsten installiert wurden. Für Deutschland rechnet Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE, mit einem Brutto-Potenzial von 56 GWp.

Diese Floating-PV-Anlagen werden mithilfe von schwimmenden Unterkonstruktionen, die am Boden verankert sind, auf einem ruhigen Gewässer installiert. PV-Anlage und Wechselrichter sind über (schwimmende) Stromleitungen mit dem Ufer verbunden.

Erste Floating-PV-Anlage steht in Kalifornien

Seit den ersten kommerziellen Systemen in Kalifornien 2008 mit 175 kWp sind zwischenzeitlich einige weitere Test- wie auch kommerzielle Anlagen mit Leistungen bis zu 150 MWp in Asien (vor allem China, Singapur) und Europa (Frankreich, Niederlande, Deutschland) installiert worden.

Schwimmende PV-Kraftwerke bieten den Vorteil, zusätzliche Flächen zur Energiegewinnung nutzen zu können. Zudem ist die Effizienz der Anlagen durch die Wasserkühlung gepaart mit der Reflexion der Sonneneinstrahlung auf der Wasseroberfläche höher als bei herkömmlichen Systemen.

In Kombination mit Wasserkraft bzw. Pumpspeicher-Kraftwerken ergeben sich weitere Vorteile. Das sind einerseits mehr Betriebsflexibilität z.B. bei Wassermangel, gleichzeitig kann auch eine eventuelle Schwankung in der PV-Stromerzeugung kompensiert werden.

Aspekten wie der elektrischen Betriebssicherheit, Wartungs- und Instandhaltung sowie der Verankerung kommt eine besondere Bedeutung zu. Die Installation hingegen gestaltet sich relativ einfach.

Solarenergie vom Schweizer Bergsee

In solchen schwimmenden PV-Anlagen werden beispielsweise Photovoltaik-Steckverbinder von Stäubli eingesetzt. So auch in der jüngsten Installation auf dem Schweizer Bergsee Lac de Toules auf einer Höhe von 1810 m. Ist das Pilotprojekt in den Walliser Alpen erfolgreich, soll zukünftig Strom für über 6000 Haushalte erzeugt werden. Aktuell umfasst die Pilotanlage 36 doppelseitige Photovoltaik-Module auf einer Fläche von 2240 m² mit einem erwarteten Ertrag von 800.000 kWh pro Jahr (das entspricht einem Jahresverbrauch von ca. 220 Haushalten).

Interessant an diesem Projekt ist der besondere, bisher einmalige Standort im Gebirge. Denn durch die dünnere Luftschicht und die höhere UV-Strahlung soll auf dieser Höhe bis zu 50% mehr Sonnenenergie generiert werden können. Zusätzlich wird im Winter das Licht durch den Schnee reflektiert. Die PV-Steckverbinder sind besonders robust ausgeführt und sorgen für eine sichere und verlustfreie Stromübertragung unter den rauen Bedingungen auf dem Bergsee. Sie trotzen den lokalen Klimabedingungen bei Temperaturen bis zu –30°C und Windgeschwindigkeiten bis zu 120 km/h.

PV-Steckverbinder mit Blattfeder-Kontakt sind effizient

Die PV-Steckverbinder von Stäubli basieren auf der Kontakttechnik Multilam. Das Blattfeder-Kontaktprinzip ist eine Erfindung von Rudolf Neidecker, bei der ein konstanter Federdruck der Multilam-Stege (Bänder aus einer Kupferlegierung; vergoldet, versilbert oder schwimmend gelagert) eine über die gesamte Lebensdauer gleichbleibende Kontaktierung zwischen den Kontaktflächen über viele definierte Kontaktpunkte sicherstellt. So wird ein geringer Durchgangswiderstand erreicht. Damit ist eine dauerhaft hohe Effizienz der Stromübertragung möglich.

Dieser Beitrag ist im Sonderheft Elektromechanik III der ELEKTRONIKPRAXIS (Download PDF) erschienen.

Zusätzlich reinigen sich die Kontakte bei jedem Steckvorgang, so dass sich auch ohne zusätzliche Reinigung oder Wartung dauerhaft hohe Ströme übertragen lassen. Die Bänder eigen sich für zylindrische Stecker- und Buchsenkontakte oder Flachkontakt-Konfigurationen.

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