PV2FLOAT

Technologieentwicklung für schwimmende PV-Kraftwerke und deren Implementierung zum Einsatz auf künstlichen Gewässern

Laufzeit: 05/2021 - 04/2024
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner:

Antragstellend: RWE Renewables GmbH, Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg (BTU)

Assoziiert: Volta Solar, Heckert Solar GmbH, VDE Renewables GmbH

Projektfokus:  
Webseite: PV2FLOAT (nur für Projektpartner zugänglich)
Beispiel eines möglichen Systemdesigns des Projekts »PV2Float«
© Fraunhofer ISE
Beispiel eines möglichen Systemdesigns, wobei mehrere verschiedene Designs und Unterkonstruktionen in einer Testanlage im Rahmen des Projekts »PV2Float« realisiert werden.

Schwimmende Photovoltaik (Floating PV, FPV) bezeichnet PV-Kraftwerke, deren Module auf Schwimmkörpern auf einem Gewässer montiert sind. Das Konzept ermöglicht den Ausbau erneuerbarer Energien auf künstlichen Seen, ohne knappe Landflächen zu belegen. Allein geflutete ehemalige Braunkohle-Tagebaue bieten ein technisches Potenzial von ca. 26 GWp installierter Leistung, bei einer angenommenen Belegung mit 0,6 MWp/ha.

In »PV2FLOAT« untersucht ein interdisziplinäres Team die Chancen und Herausforderungen der schwimmenden PV, um so die technischen, ökologischen und sozioökonomischen Voraussetzungen zur Erschließung dieses Potenzials zu schaffen. Das Projekt widmet sich der Weiterentwicklung schwimmender PV-Kraftwerke mit Blick auf Kostenreduktion, Integration in die Raumplanung und nachhaltige Umsetzung im Megawatt-Maßstab. Die Wirtschaftlichkeit und ökologischen Auswirkungen sowie die Potenziale und Akzeptanz der Technologie werden mit Schwerpunkt auf die Gegebenheiten in Deutschland analysiert.

Die Entwicklung und Installation von mehreren FPV-Anlagen mit unterschiedlichem Systemdesign und jeweils einer Leistung von ca. 30 kWp auf einem Tagebausee bilden die Basis für ganzheitliche Konzepte im Hinblick auf Praxistauglichkeit, Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und gesellschaftlicher Akzeptanz.
 

Potenzialanalyse und Standortauswahl für die Versuchsanlage

Auf Basis einer Markt- und Standortanalyse wird eine Bewertung des Ausbaupotenzials für schwimmende PV-Anlagen auf Braunkohletagebauseen durchgeführt und ein Standort ausgewählt. Die Potenzialanalyse erfolgt auf Basis von Informationen aus geografischen Informationssystemen.

Genehmigungsprozesse und Akzeptanz

Effiziente Genehmigungsprozesse und frühzeitige Öffentlichkeitsarbeit beschleunigen den Verfahrensablauf im Vorfeld einer Projektentwicklung. Ein Ablaufmodell zum Genehmigungsverfahren und ein Partizipationsverfahren sollen entwickelt werden. Untersucht werden soziale, regulatorische und organisatorische Aspekte (z.B. öffentliche Wahrnehmung, Nutzungskonflikte bspw. beim Wassersport, Genehmigungsverfahren und Umweltschutz).

Zuverlässigkeit, Qualitätssicherung und Normung

Um die Effizienz und Lebensdauer der Technologie zu erhöhen, werden die Systemkomponenten für FPV-Anlagen auf ihre Zuverlässigkeit im TestLab PV Modules des Fraunhofer ISE untersucht. Die spezifischen Anforderungen und Belastungen (z.B. Feuchtigkeit, Salz, Vogelkot und Pilzbefall oder mechanischer Stress) werden bewertet und bilden die Basis für die Entwicklung von beschleunigten Prüfprogrammen und die Prüfung der einzelnen Systemkomponenten. Des Weiteren werden mögliche Auswirkungen des Systems auf die Gewässer betrachtet.

Modulentwicklung

Die Materialien der PV-Module werden auf ihre Zuverlässigkeit auf Gewässern geprüft und charakterisiert. Modulaufbauten werden entwickelt, die für die Anwendung an und auf Gewässern besonders geeignet sind. Dafür werden spezifische Belastungsfaktoren mit Blick auf die Langzeitbeständigkeit der Module und Verkapselungskomponenten ermittelt und Prüfprogramme definiert. Im Anschluss werden das Anti-Fouling-Verhalten, die Beständigkeit der Module und insbesondere geeignete Rückseitenfolien getestet und optimiert.

Konzeption, Aufbau und Betrieb der Versuchsanlage

Die Versuchsanlage wird konzipiert und am gewählten Standort errichtet. Anhand der Systemdesigns sollen verschiedene Unterkonstruktionen, innovativen Verankerungen und Modulanordnungen (Ost/West, Süd,) miteinander verglichen werden. Die installierte Leistung des jeweiligen Systemdesigns soll 30 kWp betragen. Gleichzeitig soll auch ein Bezug zu einer an Land installierten Referenzanlage hergestellt und ein geeignetes Mess- und Monitoringkonzept erarbeitet werden, um die verschiedenen FPV-Systemdesigns untereinander sowie mit der PV-Freiflächenanlage zu vergleichen.

Optimierung und Skalierung auf Großanlagen

Projektergebnisse zur schwimmenden PV werden ausgewertet und für Großanlagen optimiert und skaliert. Langfristiges Ziel ist die Konkurrenzfähigkeit mit PV-Freiflächenanlagen im MW-Maßstab.

Ertragsmodell, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit

Um verlässliche Ertragsprognosen zu erstellen, werden die verfügbaren Simulationsprogramme mit Modellen und Parametern der schwimmenden PV-Versuchsanlage angepasst und validiert. Eine Lebenszyklusanalyse soll durchgeführt und die energetische Amortisationszeit der Anlage betrachtet werden.

Ökologie

Aufgrund der Beschattung durch FPV-Anlagen steht dem Gewässerökosystem weniger Sonnenlicht zur Verfügung. Dies hat nicht nur Auswirkungen auf den Wärmehaushalt, sondern auch auf die Primärproduktion und damit auf Stoffkreisläufe und Nahrungsnetze. Auf Basis von limnophysikalischen Messwerten soll eine modellgestützte Übertragbarkeit der ökologischen Auswirkungen bei unterschiedlichen Anlagen-Skalierungen ermöglicht werden. Gewässerökologische Kriterien für den Einsatz von schwimmenden PV-Anlagen sollen festgelegt, ökologische Anforderungen an die Konstruktion und den Betrieb erarbeitet werden.

Die Testanlage mit verschiedenen, vergleichenden Designs der Unterkonstruktionen soll im Anschluss an das Projekt als Reallabor für langfristige Analysen und Demonstrationen eingesetzt werden.
 

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema:

Arbeitsgebiet

Integrierte Photovoltaik

Geschäftsfeldthema

Photovoltaische Module und Kraftwerke

Geschäftsfeld

Photovoltaik