In Stauseen schwimmende Sonnenkollektoren? Wir werden darauf trinken

Matt Simon

Da die Preise für Solarstrom in den 2010er Jahren um 85 Prozent gestiegen sind, stellt sich nicht mehr die Frage, ob es wirtschaftlich machbar ist, die Technologie in großem Maßstab einzusetzen. Jetzt heißt es: Wo können wir keine Sonnenkollektoren platzieren? Regierungen gewähren Steuererleichterungen, um die Leute dazu zu bringen, sie zu Hause aufzustellen, aber wir können sie auch in leeren Räumen rund um Flughäfen und über hässlichen Parkplätzen platzieren oder sie auf Dachgärten und auf landwirtschaftlichen Feldern anbringen und gleichzeitig Feldfrüchte darunter anbauen Strom und Nahrung erzeugen.

Wie wäre es also mit der Verlegung mehrerer Solarpaneele auf Stauseen? Schwimmende Photovoltaikanlagen, auch Floatovoltaik genannt, könnten eine leistungsstarke Ergänzung zur bereits von einem Stausee erzeugten Wasserkraft sein und durch Verschattung und Reduzierung der Verdunstung Wasser sparen.

Eine neue Studie eines internationalen Forscherteams zeigt, wie nützlich großflächige Floatovoltaik sein könnte. Sie berechnen, dass durch die Abdeckung von 30 Prozent der Oberfläche von 115.000 Stauseen weltweit 9.434 Terawattstunden Strom pro Jahr erzeugt werden könnten. Das ist mehr als das Doppelte der Energie, die die gesamten Vereinigten Staaten jährlich erzeugen, und genug, um über 6.200 Städte in 124 Ländern vollständig mit Strom zu versorgen.

„Das ist bemerkenswert, dieses Potenzial von 9.434 Terawattstunden pro Jahr“, sagt J. Elliott Campbell, Umweltingenieur an der University of California in Santa Cruz und Mitautor des Artikels, der heute in Nature Sustainability veröffentlicht wurde. „Das ist etwa das Zehnfache der heutigen Solarenergieerzeugung. Und die Solarenergie wächst wie verrückt. Wenn es jemals einen Zeitpunkt gegeben hat, sich zu fragen, wo man all dieses Zeug unterbringen soll, dann jetzt.“

Floatovoltaik funktioniert genau wie Sonnenkollektoren an Land, nur dass sie … schwimmen. Bei jedem handelt es sich um eine Ansammlung oder „Insel“ aus Paneelen, die auf einer schwimmenden Montageplattform aufgebaut und mit Kabeln am Grund des Gewässers verankert sind. Jede zweite Paneelreihe dient als Laufsteg, auf dem die Mitarbeiter elektrische Wartungsarbeiten oder Inspektionen durchführen können.

Natürlich sind die Systeme rostbeständig gebaut, aber das gilt auch für Erdpaneele, die dem Regen ausgesetzt sind. „Das elektrische System unterscheidet sich eigentlich nicht von einem Dachsystem oder einem Bodenmontagesystem“, sagt Chris Bartle, Vertriebs- und Marketingleiter bei Ciel & Terre USA, das weltweit Floatovoltaik-Projekte betreibt. „Wir haben im Wesentlichen alte Technologie aus der Welt der Jachthäfen – Docks und Bojen und so weiter – übernommen und diese auf den Bau einer Struktur angewendet, an der eine Reihe von Solarpaneelen montiert werden können. So einfach ist das wirklich.“

Sie stellen jedoch eine zusätzliche technische Herausforderung dar, da sich der Wasserstand eines Stausees bei Stürmen oder Dürren dramatisch ändern kann. Es kann starke Strömungen und Winde geben. Während das System also am Seegrund verankert ist, müssen die Verankerungsleinen locker sein. „Dadurch kann sich die Insel mit der Art des Windes, den Wellen und den Schwankungen des Wasserstands bewegen“, sagt Bartle.

Diese Inseln beschatten Wasser, das sonst dem unerbittlichen Sonnenlicht ausgesetzt wäre; Die Studie ergab, dass bei einer weltweiten Implementierung all dieser Panels genug Wasser eingespart werden würde, um jedes Jahr 300 Millionen Menschen zu versorgen. Das Reservoirwasser wiederum sorgt dafür, dass die Floatovoltaik die Sonnenenergie effizienter nutzt. Es kühlt sie – wie ein Mensch können Solarzellen überhitzen.

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Julian Chokkattu

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Im Jahr 2021 veröffentlichte Campbell ein weiteres Papier, das auf dem gleichen Prinzip basiert: Wenn Kalifornien 4.000 Meilen seines Kanalsystems mit Paneelen überspannen würde, würde es jedes Jahr 63 Milliarden Gallonen Wasser vor der Verdunstung sparen und die Hälfte der neuen Kapazität für saubere Energie bereitstellen, die der Staat erreichen muss seine Dekarbonisierungsziele.

Da es in den USA so viele Stauseen gibt – etwa 26.000 in unterschiedlichen Größen, die insgesamt 25.000 Quadratmeilen Wasserfläche umfassen – würden sie besonders von groß angelegter Floatovoltaik profitieren, heißt es in der neuen Studie. Wenn das Land 30 Prozent seiner Reservoirfläche mit schwimmenden Paneelen bedecken würde, könnte es 1.900 Terawattstunden Energie erzeugen – etwa ein Fünftel der potenziellen globalen Gesamtmenge – und gleichzeitig 5,5 Billionen Gallonen Wasser pro Jahr einsparen.

China könnte jährlich 1.100 Terawattstunden bewältigen, gefolgt von Brasilien und Indien mit 865 bzw. 766. Ägypten könnte 100 Quadratmeilen Floatovoltaik errichten und 66 Terawattstunden Strom erzeugen und gleichzeitig über 200 Milliarden Gallonen Wasser pro Jahr einsparen.

Die Studie ergab außerdem, dass 40 sich wirtschaftlich entwickelnde Länder – darunter Simbabwe, Myanmar und Sudan – über mehr Kapazitäten für Floatovoltaik-Energie verfügen als der aktuelle Energiebedarf. (Je weiter sie sich entwickeln, desto höher wird der Energiebedarf sein.)

Ein weiterer Vorteil der Floatovoltaik besteht darin, dass viele Stauseen mit Wasserkraftwerken ausgestattet sind und somit bereits über die elektrische Infrastruktur verfügen, um Solarstrom in die Städte zu transportieren. Die beiden Energiequellen ergänzen sich gut, sagt Zhenzhong Zeng von der Southern University of Science and Technology in China, Mitautor des neuen Papiers. „Die unregelmäßige Nutzung der Solarenergie ist eines der Haupthindernisse für ihre Entwicklung. Wasserkraft, die tendenziell kontrolliert wird, kann den Mangel nachts ausgleichen, wenn die Solarenergie nicht funktioniert“, sagt Zeng. „Darüber hinaus kann es mit Windkraft kombiniert werden, die sich normalerweise gut mit Solarenergie ergänzt.“

Wassereinsparungen werden umso wichtiger sein, da der Klimawandel Dürren, wie die historische, die die westlichen Staaten heimgesucht hat, beschleunigt. Aber selbst wenn der Wasserspiegel eines Stausees stark sinkt und die Stromerzeugung aus Wasserkraft zu sinken beginnt, würde Floatovoltaik immer noch Strom erzeugen. (Allerdings müssten weiter entfernte Stauseen ohne Wasserkraftsysteme ihre Solarpaneele an das größere Netz anschließen, was die Kosten erhöhen würde.)

Floatovoltaik könnte sich auch gut mit Mikronetzen verbinden, sagt Sika Gadzanku, Forscherin für Energietechnologie und -politik am National Renewable Energy Laboratory. Diese sind von einem größeren Netz getrennt und nutzen Solarenergie zum Aufladen von Batterien, die beispielsweise Gebäude nachts mit Strom versorgen können. „Wenn Sie vielleicht einen riesigen Teich in einer abgelegenen Gegend hätten, könnte der Einsatz von Floatovoltaik ähnlich aussehen wie die bloße Umsetzung eines Solar-plus-Batterie-Projekts in einer anderen abgelegenen Gegend“, sagt Gadzanku, der an der neuen Arbeit nicht beteiligt war, aber Kollegen. habe es überprüft.

Und es könnte kleinen Gemeinden auf andere Weise zugute kommen, sagt Gadzanku: Die Installation eines schwimmenden Systems auf einem örtlichen Teich könnte Wasser sparen und wäre möglicherweise billiger als der Versuch, ein abgelegenes Gebiet an ein größeres Stromnetz anzuschließen. „Der Netzausbau ist sehr teuer“, sagt sie.

Durch das Anbringen von Paneelen über Kanälen oder Stauseen würde Raum genutzt, der bereits von Menschen verändert wurde, und es wäre nicht erforderlich, zusätzliches Land für riesige Solarparks zu roden. (Floatovoltaik kann auch auf verschmutzten Gewässern wie Industrieteichen eingesetzt werden.) „Für eine Solaranlage ist bei gleicher Kapazität etwa 70-mal mehr Fläche erforderlich als für eine Erdgasanlage“, sagt die Umweltingenieurin Brandi McKuin von der University of California , Merced, der zusammen mit Campbell die Kanalzeitung verfasste, aber nicht an dieser neuen Arbeit beteiligt war. „Wenn wir diese ehrgeizigen Klimaziele erreichen und gleichzeitig die Artenvielfalt schützen wollen, müssen wir wirklich nach Lösungen suchen, die die gebaute Umwelt nutzen.“

In den letzten Jahren hat sich die Floatovoltaik von kleineren Projekten zu weitläufigen Solarparks entwickelt, wie zum Beispiel im Tengeh-Stausee in Singapur, wo die Module eine Fläche einnehmen, die 45 Fußballfeldern entspricht. Mit zunehmender Größe der Systeme „brauchen wir wirklich zusätzliche Forschung zu einigen der möglichen Auswirkungen, wenn wir an diese Wasserökosysteme denken“, sagt Gadzanku. Beispielsweise könnte der Schatten das Wachstum von Wasserpflanzen verhindern, oder die Paneele könnten Probleme für einheimische Wasservögel und Zugvögel verursachen, die auf Stauseen als Rastplätze angewiesen sind. Es könnte beispielsweise hilfreich sein, festzustellen, ob der Abstand zwischen den Platten optimal ist, damit sich die Arten frei im Wasser bewegen können.

Auch wenn diese Projekte allein nicht in der Lage sein werden, ganze Metropolen mit Strom zu versorgen, werden sie doch dazu beitragen, die Stromerzeugung zu diversifizieren und das Netz widerstandsfähiger zu machen, während die Revolution der erneuerbaren Energien an Fahrt gewinnt. „Energie ist ein so großes Problem, dass wir keine Wunderwaffe haben werden“, sagt Campbell. „Wir brauchen schwimmende Photovoltaik und etwa hundert andere Dinge, um unseren Energiebedarf zu decken.“