mini|Das Projekt “Floatovoltaics” an der University of Central Florida mini|Schwimmendes PV-System mit Sonnennachführung (“Solartracker”), Kühlsystem und reflektierenden Spiegeln zur Konzentration der einfallenden Sonnenstrahlung in Colignola/Italien im Jahr 2012 mini|Vogelnest unter dem Paneel einer schwimmenden Photovoltaikanlage in Colignola/Italien mini|Weingut Far Niente im Napa Valley, Kalifornien. Die Anlage wurde auf einem bestehenden Bewässerungsbecken installiert. Schwimmende Photovoltaik () bezeichnet den Betrieb von Photovoltaikanlagen auf Wasserflächen, wobei die Solarmodule auf einer schwimmenden Unterkonstruktion oder auf Schwimmkörpern montiert werden. Die Technik wird in der Regel auf stehenden Gewässern wie (Stau-)seen eingesetzt, Prototypen existieren aber auch bereits für den Einsatz auf der Meeresoberfläche.
Vorteile und Marktakzeptanz schwimmender Photovoltaikanlagen Einige Weltregionen haben eher Wasserflächen als Land zur Verfügung, und schwimmende Photovoltaik ist eine Option zur Nutzung. Der Markt für diese erneuerbare Energietechnologie ist seit 2016 rasant gewachsen. Die ersten 20 Anlagen mit einer Leistung von einigen Dutzend kWp wurden zwischen 2007 und 2013 gebaut. Die installierte Leistung erreichte 2020 immerhin drei GW, für 2025 werden zehn GW prognostiziert.
Für diese Entwicklung gibt es mehrere Gründe: Keine Landnutzung: Der Hauptvorteil schwimmender PV-Anlagen besteht darin, dass sie außer den begrenzten Flächen, die für Schaltschrank- und Netzanschlüsse erforderlich sind, keine Landfläche einnehmen. Ihr Preis ist vergleichbar mit landgestützten Anlagen und sie bieten eine gute Möglichkeit, den Flächenverbrauch zu reduzieren. Installation, Betrieb und Außerbetriebnahme: Schwimmende PV-Anlagen sind kompakter als landgestützte Anlagen und sie können dem Sonnenstand leicht nachgeführt werden, durch Solartracker. Sie brauchen keine festen Strukturen wie z. B. Fundamente, sodass ihre Installation vollständig reversibel sein kann. Wassereinsparung und Wasserqualität: Die teilweise Abdeckung von Wasserflächen kann die Wasserverdunstung reduzieren. Dieser Effekt hängt von den Klimabedingungen und vom Anteil der bedeckten Fläche ab. In trockenen Klimazonen wie in Teilen Indiens oder Afrikas ist dies ein wichtiger Vorteil, da etwa 30 % der Verdunstung der bedeckten Oberfläche eingespart werden. Dies ist insbesondere dann von Nutzen, wenn die Wasserflächen auch für Bewässerungszwecke verwendet werden. Der Albedo-Wert des Wassers liegt ähnlich hoch wie der der PV-Anlage. Dies bedeutet, dass es zu keiner zusätzlichen Erwärmung kommt. Die Kühlung der schwimmenden Struktur ist einfach. Die natürliche Kühlung entsteht durch die Verdunstungskälte des Wassers. Dadurch steigt der Wirkungsgrad der PV-Module. Besonders interessant sind solche Anlagen in gefluteten Kohle-Tagebaugruben oder auf Stauseen mit einem Wasserkraftwerk, da dort die notwendige Strominfrastruktur bereits vorhanden ist. Hier kann die Wasserkraft auch als Nacht- oder Saisonspeicher der PV-Anlage dienen. Schwimmende PV-Anlagen können unter Umständen auch friedensfördernd wirken. Der Stausee der Grand-Ethiopian-Renaissance-Talsperre am Oberlauf des Blauer Nil in Äthiopien wurde ab 2011 gebaut und ab 2020 befüllt, also die Richtung Sudan und Ägypten ablaufenden Wassermengen reduziert. Wenn Stauseen mit schwimmenden Photovoltaikanlagen ergänzt werden würden, könnten die Konflikte an solchen Lebensadern abgebaut werden. Durch PV-Strom würde frühzeitiger mehr Elektrizität erzeugt, und auch durch Erweiterung zum Pumpspeicherkraftwerk könnten Stauseen flexibler und verträglicher genutzt werden. Die Anlagen können in Kombination mit Fisch und Krabbenfarmen genutzt werden. Durch die Mehrfachnutzung der schwimmenden Anlagen werden signifikante Mehrerlöse erzielt bzw. Kosten gesenkt. Fischfarmen können dadurch autonom betrieben werden, überschüssige Energie verkaufen oder Wasserstoff herstellen.fishfarmingexpert System cuts diesel use and CO₂ emissions, and may allow fish farmers to produce hydrogen in the future, says manufacturer.pv-magazine Chinese fish pond hosts 550 MW solar farm. The project combines PV power and fish farming to make better use of the available space in the sea. Auch in Singapur gibt es Pilotprojekte, die Solaranlagen mit Fischfarmen verbinden.Could fish farms inspire the next wave of solar energy? Die Algenproduktion in Seen mit installierten schwimmenden Solaranlagen reduziert sich signifikant. Algen können zu Gesundheitsproblemen führen, wenn der See zur Trinkwasserversorgung genutzt wird.dynamicslr.com Additionally, having the solar panels floating on the water reduces algae blooms in freshwater bodies. Keine Abschattung durch Bewuchs oder Gebäude
Nachteile von schwimmenden Solaranlagen Schwimmende Solaranlagen lohnen sich normalerweise nur bei hohen Kapazitäten. Sie sind nicht für jeden Investor geeignet. Normalerweise befinden sich Wasserflächen in der öffentlichen Hand. Genehmigungsverfahren von privaten Investoren sind daher langwierig und schwierig. Die Solarpanel müssen gegen die extremeren Bedingungen auf Seen und besonders auf Meeren besonders robust gebaut sein. In Deutschland ist die mit PV belegbare Fläche auf künstlichen Seen durch das Wasserhaushaltsgesetz begrenzt: Es dürfen maximal 15 % der Wasseroberfläche versiegelt werden und ein Mindestabstand von 40 Metern vom Ufer muss eingehalten werden. Daher werden vor allem kleinere Gewässer als nicht profitabel für die Energiegewinnung angesehen. Bei vertikal aufgestellten PV-Anlagen auf dem Wasser verhält sich allerdings anders: Die 15 % Versiegelung werden praktisch nie erreicht.
Einsatzstandorte und -regionen Deutschland mini|Schwimmende 3 MW Photovoltaik-Freiflächenanlage (Floatovoltaic) der Quarzwerke GmbH auf dem Silbersee III in Haltern am See In Deutschland gibt es erste schwimmende PV-Anlagen. Meist auf Baggerseen errichtet, dienen sie den betreibenden Unternehmen in erster Linie zur anteiligen direkten Stromversorgung. In Leimersheim in Rheinland-Pfalz z. B. befand sich 2021 die leistungsfähigste Anlage in Deutschland.Solaranlage in Leimersheim: Photovoltaik-Anlage auf Baggersee in betrieb – SWR Aktuell, abgerufen am 3. Februar 2022.Schwimmende Photovoltaik: Rekordanlage in Leimersheim – natürlichZukunft, abgerufen am 3. Februar 2022. Mit 750 kWp Leistung ging 2020 auf einem Baggersee bei Weeze das größte schwimmende Photovoltaik-Kraftwerk Nordrhein-Westfalens ans Netz.solarserver.de: Photovoltaik: größte schwimmende Anlage in NRW installiert. 2025 wird auf einem Kiesteich in Gilching bei München eine schwimmende Photovoltaik-Anlage mit 1,8 Megawatt Leistung fertiggestellt. Das Besondere: Diese Anlage wird mit vertikalen und unter Windlasten auslenkbaren PV-Modulen errichtet. Weiteren Planungen sind ehrgeiziger: In der Lausitz soll zum Beispiel auf einem See, der nach dem Ende des Braunkohleabbaus entsteht, eine 21-MWp-Anlage errichtet werden.ingenieur.de: Boom bei schwimmenden Solarkraftwerken.BR.de Schwimmende Photovoltaik-Anlage auf Kiesweiher geplant.
Europa Mit ihrer 17-MW-Spitzenleistung war die schwimmende Photovoltaik-Anlage im Örtchen Piolenc (Frankreich) für einige Zeit die größte FPV in Europa. Bei den beiden neuen Floating-PV-Anlagen handelt es sich um den 41,1-MW-Park Sellingen und den 29,8-MW-Park Uivermeertjes. Diese sind nun die beiden größten schwimmenden Photovoltaik-Anlagen in Europa. An dritter Stelle folgt der 27,4-MW-Floating-PV-Park von Baywa re in Bomhofsplas.Schwimmende Photovoltaik: Baywa baut die größten europäischen Floating-PV-Anlagen, auf solarserver.de. Portugal hat im Jahr 2022 insgesamt 183 MW an Leistung für schwimmende Anlagen auf Stauseen vergeben. 2023 soll ein erstes Projekt mit schwimmenden Solaranlagen in der belgischen Nordsee verwirklicht werden.
Asien Die führende Rolle spielen asiatische Länder, vor allem China. Auch in vielen anderen Teilen Asiens ist die schwimmende Photovoltaik weit verbreitet. Die Kombination mit Wasserkraftwerken bietet zudem die Möglichkeit, die Energieproduktion konstant zu halten: Tagsüber liefert die Sonne die Energie, nachts das Wasser. Die Argumente finden in Asien breitflächig Gehör. Thailands Energiebehörde plant eine Reihe von schwimmenden Solaranlagen auf Stauseen mit einer Gesamtleistung von 2,7 Gigawatt. Auch in Vietnam und Laos entstehen Projekte mit mehreren hundert Megawatt. In Indien laufen derzeit Arbeiten an schwimmenden Anlagen mit einer Leistung von 600 Megawatt. Weitere vier Gigawatt sind in dem Land in Planung. Südkorea kündigte ein 2,1-Gigawatt-Projekt an.Largest Hydro-Floating Solar Farm Opens in Thailand, Uses 145000 Photovoltaic Cells, auf techeblog.com.Mit schwimmenden Solarparks will Asien die Energiewende schaffen, auf handelsblatt.com.
Viele Projekte sind in der Planungsphase, z. B. in Indonesien. Die Photovoltaikanlage auf dem Duriangkang-Stausee im Süden der Insel wird eine Leistung von 2,2 Gigawatt haben und sich über eine Fläche von rund 1600 Hektar erstrecken.Photovoltaik: größter schwimmender Solarpark entsteht in Indonesien, auf agrarheute.com. mini|Schwimmende Photovoltaikanlage mit vertikal aufgestellten PV-Modulen auf Kiesteich in Gilching bei München Im Januar 2022 hat Huaneng Power die größte schwimmende Photovoltaikanlage der Welt in Betrieb genommen. Die Anlage in Dezhou in der chinesischen Provinz Shandong gut 300 km südlich von Peking liegt auf einem Stausee und hat eine Leistung von 320 MW. Das Kraftwerk hat die größte einzelne Kapazität eines Photovoltaikkraftwerks an einem eigenen Standort auf einem Gewässer. In der Nähe erzeugt ein Windpark an Land 100 MW Leistung, dazu kommt ein 8-MWh-Energiespeicher. Pro Jahr sollen dort 550 Millionen kWh Strom erzeugt werden.
Besondere Standorte In der Schweiz gibt es einen schwimmenden Solarpark auf einem Stausee auf 1810 Metern Höhe. Hier muss die Anlage insbesondere mit dickem Eis fertig werden. In der Walliser Gemeinde Bourg-Saint-Pierre in den Schweizer Alpen findet man diese Anlage, die weltweit einzigartig ist. Eine Besonderheit stellt die Tatsache dar, dass der See im Winter nahezu komplett entleert wird. Die Anlage ist so ausgelegt, dass sie auch in diesem Fall Energie liefern kann.Schweiz hat weltweit erste hochgelegene schwimmende Solaranlage, auf houseofswitzerland.org.
Energieeffizienz im Vergleich zur Wasserkraft im Verhältnis zur Wasserfläche Meist wird die Ertragsfähigkeit der Photovoltaik im Verhältnis zur Wasserkraft unterschätzt. Im Regelfall kann auf 2 % der Wasserfläche die gleiche Menge an elektrischem Strom erzeugt werden, welche die Turbinen des Wasserkraftwerks in das Netz einspeisen. Dies lässt sich am Beispiel des Stausees am Nil, dem Nassersee, zeigen. Er hat eine Fläche von ca. 5000 km² und speist etwa 10 Milliarden kWh Strom pro Jahr ein. Photovoltaikmodule auf einer Wasserfläche von 100 km² speisen ebenso mindestens 10 Mrd. kWh ein.
Wenn Portugal sich zum Ziel setzt, 20 % der Wasserfläche der Stauseen mit PV-Anlagen zu bedecken, ist dies bedeutsam für die Energiewende über Portugal hinaus.Solarfloß im Alqueva, auf entdecken-sie-algarve.com.
Potentialanalyse und rechtliche Einordnung