Schwimmende Photovoltaik

Floating PV oder Schwimmende Photovoltaik bezeichnet Photovoltaik-Kraftwerke, deren Module auf Schwimmkörpern auf einem stehenden Gewässer oder auf dem Meer angebracht sind. Sie erzeugen Solarstrom, ohne kostbare Landflächen zu belegen.

In Deutschland kommen geflutete Tagebauflächen, Kiesgruben und teilweise Stauseen in Betracht. Geeignete Flächen auf künstlichen Seen sind ausreichend vorhanden. Diese bergen laut einer aktuellen Studie des Fraunhofer ISE ein technisches Potenzial von 44 GW_p.

Mit unserer langjährigen Erfahrung in der Modul- und Anlagentechnologie und im Kraftwerksmonitoring können wir die spezifischen Anforderungen für Schwimmende Photovoltaik analysieren. Unsere Software »Zenit« ist in der Lage, Ertragsprognosen für Floating-PV-Anlagen zu erstellen. Dabei werden zum Beispiel Anlagendesign, Ausrichtung der Module und Umgebungsvariablen wie die Lufttemperatur berücksichtigt.

Wir bieten Studien, Analysen, PV- und Gewässermonitoring für Planungsbüros, EPCs und Anlagenbetreiber.

Unsere FuE-Leistungen zum Thema »Schwimmende Photovoltaik« umfassen:

• Potenzialabschätzung
• Machbarkeitsstudien, Systemdesign
• FPV-Monitoring
• Hydroökologische Simulation
• Anlagenzustandsbewertung
• Ermittlung der Windlasten und Systemoptimierung

Eine Potenzialanalyse für Schwimmende Photovoltaik beginnt mit einer GIS-gestützten Eignungsbewertung des Areals. Dabei werden verschiedene Kriterien wie die Sonneneinstrahlung, Gewässertypen und örtliche Gegebenheiten berücksichtigt. Anschließend werden potenzielle Aufständerungsflächen identifiziert, unter Berücksichtigung lokaler Gegebenheiten wie Wassertiefe, Wasserqualität und Umweltvorschriften. Die Ergebnisse dieser Analyse liefern Informationen über die Eignung eines Standorts für Floating PV, einschließlich potenzieller Erträge, technischer Realisierbarkeit und rechtlicher Rahmenbedingungen.

Eine Machbarkeitsstudie für Floating PV beinhaltet die Konzeption geeigneter Systemlösungen, wobei Parameter wie Modultechnologie, Ausrichtung, Neigungswinkel und Reihenabstand festgelegt werden. Dies erfolgt durch umfassende Analyse der örtlichen Gegebenheiten, einschließlich Wind- und Wellenverhältnisse sowie des Gewässerzustands. Die Studie liefert detaillierte Informationen über die technische Umsetzbarkeit, die erwarteten Erträge, potenzielle Risiken und die Wirtschaftlichkeit des Projekts. Sie ermöglicht eine fundierte Entscheidungsfindung für die weitere Planung und Umsetzung des Floating-PV-Projekts.

Für das gewässerökologische und PV-Performance-Monitoring schwimmender Photovoltaik entwickelt das Fraunhofer ISE ein umfassendes Messkonzept. Auf der PV-Ebene können Parameter wie Einstrahlung und Modultemperatur erfasst werden, während auf der Gewässerebene Parameter wie beispielsweise Wassertemperatur, Sauerstoff- oder Chlorophyllgehalt gemessen werden. Basierend auf standort- und anlagenspezifischen Anforderungen werden Layouts der Sensorik entwickelt und die erforderlichen technischen Komponenten ausgewählt, z. B. Wetterstationen und Energiezähler. Die Genauigkeit und zeitliche Auflösung werden vorab abgeschätzt. In einem Workshop mit dem Auftraggeber können wir die Auslegungskriterien festlegen. Die Ergebnisse werden in einem jährlichen Bericht ausgewertet und bieten Einblicke in die Leistung der Anlage sowie potenzielle Veränderungen im Gewässer.

Eine hydroökologische Simulation für schwimmende Photovoltaik erfolgt mit einem hydrodynamischen Simulationsmodell, das beispielsweise die thermische Schichtung und Wasserqualität des Gewässers modellieren kann. Dieses Modell wird verwendet, um den hydroökologischen Effekt einer Floating-PV-Anlage abzuschätzen. In der Simulation werden verschiedene Szenarien durchgespielt, um die Auswirkungen der PV-Anlage auf die chemisch-physikalischen, wie auch biochemischen Prozesse zu quantifizieren. Die Ergebnisse der Simulation liefern Einblicke in potenzielle Veränderungen des Ökosystems und helfen dabei, mögliche Umweltauswirkungen zu bewerten.

Bei der schwimmenden Photovoltaik handelt es sich um eine vergleichsweise neue Technologie. Hierbei werden zumeist etablierte Verfahren und Normen beispielsweise hinsichtlich der elektrischen Sicherheit übertragen. Allerdings unterscheiden sich die Umgebungsbedingen zwischen Land- und FPV-Anlagen maßgeblich. Erhöhte Feuchtigkeit sowie Wind- und Wellenlasten stellen hohe Anforderungen an die Systemkomponenten. Um einen fehlerfreien Betrieb und eine hohe Performance der Anlage langfristig sicherzustellen, bieten wir eine speziell auf FPV-Anlagen zugeschnittene Anlagenzustandsbewertung an. 

Die Simulation von Windlasten für Floating PV erfolgt durch eine 3D-CFD-Simulation, die verschiedene Ausrichtungen berücksichtigen kann. Dies ermöglicht die Optimierung der Modulaufhängung und Unterkonstruktion für maximale Stabilität. Anhand der Ergebnisse kann beispielsweise die ideale Einspannposition der Module unter Berücksichtigung der minimalen Biegung (z. B. ±5 %) und der Zellbruchwahrscheinlichkeit festgelegt werden. Dies gewährleistet eine sichere und effiziente Installation der PV-Module auf der schwimmenden Plattform.