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Mehr InformationenPhotovoltaik (PV) zählt zu den wichtigsten erneuerbaren Energien und trägt schon jetzt in relevantem Maßstab zur bundesweiten Stromversorgung bei. Für eine klimafreundliche Stromerzeugung und die Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern muss dieser Beitrag jedoch weiter wachsen. Innovative Anwendungen für den öffentlichen Raum können dabei helfen.
Etwas mehr als 9 Prozent des deutschen Bruttostromverbrauchs wurde im Jahr 2021 aus Photovoltaik bestritten. Damit hat sich die Energiegewinnung auf diesem Weg zur zweitwichtigsten erneuerbaren Quelle hinter Windenergie (auf dem Land) entwickelt.
Die Zielsetzung für den Anteil erneuerbarer Energien am Strommix in Deutschland liegt allerdings bei 80 Prozent, was bis 2030 erreicht werden soll. In den kommenden Jahren müsste sich der Anteil (rund 42 Prozent im Jahr 2021) also verdoppeln.
Im Hinblick auf den Ausbau von Photovoltaik bedeutet das unter anderem: Es müssen geeignete Flächen gefunden werden, um die Module für eine entsprechende Leistungsfähigkeit zu installieren. Laut Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE wären diese in ausreichender Größe vorhanden – ohne in Konflikt mit anderen Nutzungen zu kommen.
Der wichtigste Ansatz, um beim Ausbau negative Auswirkungen auf die Landwirtschaft oder den Naturschutz zu vermeiden, ist die Integration von PV-Anlagen in bestehende Strukturen – die sogenannte doppelte Flächennutzung. Das Konzept kann auf unterschiedliche Art und Weise umgesetzt werden:
Die Potenziale sind je nach Anwendungsgebiet unterschiedlich. Das hängt nicht zuletzt mit dem jeweiligen Flächenangebot zusammen. Die landwirtschaftlich genutzte Fläche mit insgesamt rund 17 Millionen Hektar bietet daher – zumindest theoretisch – das größte Potenzial. Letztendlich kommt es aber auch darauf an, ob die verfügbaren technischen Lösungen mit dem Anwendungsbereich kompatibel sind.
Nach Angaben des Umweltbundesamtes sorgt die stetige Leistungssteigerung der PV-Module dafür, dass ohnehin weniger Fläche pro Megawatt Leistung benötigt werden. Das heißt: Dachflächen können effizienter genutzt werden, während Anlagen auf Freiflächen immer weniger Platz einnehmen.
Tatsächlich gibt es vielfältige Möglichkeiten, um Photovoltaik konfliktfrei und leistungsfähig in die verschiedenen Bereiche zu integrieren. Im Nachfolgenden liegt der Schwerpunkt auf Lösungsansätzen, die die solare Stromerzeugung im öffentlichen Raum ermöglichen: als urbane oder Verkehrswege überspannende Anlagen.
Dass sich Investitionen in den Ausbau von Photovoltaik auf kommunaler Ebene lohnen können, hat das vom baden-württembergischen Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft geförderte „Photovoltaik Netzwerk Baden-Württemberg“ in einem Leitfaden aufgezeigt. Vorteile entstehen den Kommunen auf vielen Ebenen.
Das liegt nicht zuletzt an der Technologie selbst: Photovoltaik
Städte und Kommunen, die verstärkt auf den Ausbau von Photovoltaik setzen, profitieren direkt und indirekt von den Vorteilen auf der technischen Seite. So kann beispielsweise der kommunale Haushalt durch die niedrigeren Stromkosten entlastet werden. Große PV-Anlagen bringen zudem Gewerbesteuereinnahmen. Insgesamt wird die regionale Wertschöpfung durch Installation, Wartung, Betrieb und anderen Arbeiten gefördert.
Ein nicht zu unterschätzender Faktor ist darüber hinaus die Außenwirkung, die mit einem stärkeren Engagement für Solarenergie erreicht wird:
Der Spielraum für innovative Einsatzmöglichkeiten von Photovoltaik wird aufgrund des technologischen Fortschritts immer größer. Das gilt nicht nur für die Effizienz der Module, sondern genauso für deren Eigenschaften und Herstellung.
Druckbare Solarpaneele aus dem 3D-Drucker erreichen inzwischen immer höhere Wirkungsgrade und lassen sich an unterschiedliche Formen anpassen. An der Friedrich-Alexander Universität Nürnberg-Erlangen (FAU) wird an einem Verfahren geforscht, bei dem ein hochauflösender 3D-Drucker die Oberflächenstruktur der Zellen bis auf den Nanometer genau gestalten kann – um so die Effizienz zu steigern.
Gleichzeitig sind Solarzellen, die in solchen Druckverfahren hergestellt werden, äußerst dünn und flexibel. Mitunter wird sogar an Lösungen gearbeitet, um die Solarzellen auf Papier zu drucken. Das erweitert die Möglichkeiten für die Installation zusätzlich.
Wie oben bereits erklärt, muss sich der Einsatz von PV-Anlagen längst nicht mehr auf Gebäudedächer beschränken. Diese Dachanlagen liefern zwar immer noch den Großteil der Photovoltaikleistung in Deutschland, doch Möglichkeiten für die Integration gibt es eben auch an anderen Stellen.
Im öffentlichen Raum bieten sich für Städte und Kommunen zahlreiche Gelegenheiten, um nachhaltige Energieerzeugung, Klimaschutz und innovative Stadtentwicklung miteinander zu verbinden. Im urbanen Kontext können mit Photovoltaik versiegelte Flächen für die Solarstromproduktion genutzt werden.
Mit dem gewonnenen Solarstrom lassen sich dann wiederum zahlreiche Funktionen des öffentlichen Raums mit Energie versorgen: die Beleuchtung von Straßen und Plätzen oder der Betrieb der Ladeinfrastruktur für E-Mobilität sind nur zwei mögliche Anwendungsfälle.
Der Einsatz von Photovoltaik im öffentlichen Raum steht grundsätzlich im Einklang mit der Notwendigkeit, genau diese Räume klimagerechter zu gestalten. Ohnehin versiegelte Flächen, die für Entsiegelungsmaßnahmen nicht geeignet sind, können so doch noch nachhaltig genutzt werden.
PV-Anlagen für Gebäude sind gewissermaßen der klassische Ansatz, für öffentliche Bauwerke aber noch keineswegs der Standard. Bauwerkintegrierte Photovoltaikelemente zeichnen sich allerdings durch ihre Multifunktionalität aus – sie dienen also nicht allein der Stromgewinnung, sondern fungieren daneben unter anderem als Wärme-, Wind- und Wetterschutz.
Straßen, Plätze, Fußwege, Schienen, Lärmschutzwände, Seitenstreifen: Insgesamt nehmen Verkehrswege 5 Prozent der Fläche Deutschlands ein. Daraus ergeben sich viele Möglichkeiten, um bereits bebaute Flächen mit Photovoltaik auszustatten.
Obwohl es keine leichte Aufgabe ist, bringt die Installation von PV-Anlagen im öffentlichen Raum zahlreiche Vorteile mit sich. Diese gehen sogar über die üblichen Vorzüge hinaus, die sich im Zusammenhang mit der Erzeugung von Solarstrom (günstige und nachhaltige Energieproduktion, effiziente Technologie etc.) ergeben.
Öffentliche Liegenschaften bieten Städten und Gemeinden geeignete Flächen, um Photovoltaik zu integrieren. Welchen Umfang der PV-Ausbau im öffentlichen Raum haben kann, hat das Fraunhofer ISE beispielhaft in einer Machbarkeitsstudie für das neue Pfaff-Quartier in Kaiserlautern ermittelt.
Bei der Umgestaltung des ehemaligen Fabrikgeländes zum klimaneutralen Wohn-, Gewerbe- und Technologiequartier wird das Konzept des Reallabors angewandt. Damit sollen innovative Lösungsansätze für die Quartiersentwicklung erprobt und erforscht werden. Ein wichtiger Baustein dabei: die nachhaltige Energieproduktion mit Photovoltaik.
Was die Machbarkeitsstudie zum Pfaff-Reallabor an allgemeinen Erkenntnissen sammeln konnte:
Eine flächendeckende Integration von PV-Anlagen im öffentlichen Raum gibt es zwar bislang nicht. Dennoch lassen sich zahlreiche Beispiele dafür finden, wie urbane, oder in Verkehrswege eingebundene Solarenergiegewinnung in Städten aussehen kann.
Bei der Installation von Solaranlagen in städtischen Räumen muss der Fokus nicht zwangsläufig auf der wirtschaftlich und technisch optimierten Energiegewinnung liegen. Sogenannte Klimaschutzobjekte für den öffentlichen Raum sollen in erster Linie die Möglichkeiten aufzeigen und die Bürger für das Thema Klimaschutz sensibilisieren:
Die Stadt Magdeburg hat in der Altstadt drei smarte Solarbänke aufgestellt, die mit ihren PV-Modulen in den Sitzflächen Strom erzeugen und in Akkus einspeisen. Die Bänke dienen dann als Ladestation für Smartphones und Tablets sowie als WLAN-Hotspot.
Ein inzwischen gängiger Anwendungsbereich für Photovoltaik im öffentlichen Raum sind Überdachungen für offene Plätze. Das hat zum einen den Vorteil, dass die PV-Anlagen an solchen Stellen viel Sonnenlicht einfangen und somit größere Mengen Solarstrom produzieren können.
Zum anderen stellen die Überdachungen einen wirksamen Sonnenschutz dar, der besonders in den Sommermonaten den Aufenthalt auf den beschatteten Plätzen erträglicher macht. Umsetzungsmöglichkeiten gibt es viele.
Die bayrische Gemeinde Fraunberg etwa nutzte den Neubau des Gemeindezentrums, um den 200 Quadratmeter großen Vorplatz mittels einer freistehenden Metallkonstruktion zu überdachen. So wurde eine große Pergola geschaffen, deren Dach mit Solarzellen ausgestattet ist. Ein Projekt mit Strahlkraft, denn die Überdachung wird unter anderem im Solarleitfaden der Stadt Wien als gelungenes Beispiel für Photovoltaik im öffentlichen Raum geführt.
Die Pilot-Filiale des deutschen Lebensmittel-Discounters Lidl im niederländischen Woerden soll mit Hilfe von Photovoltaik den gesamten jährlichen Energieverbrauch selbst produzieren. Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ist eine Komponente des Konzepts „Lidl Zero“.
Zusätzlich zur Aufdachanlage wurde eine zweite PV-Anlage auf der Carport-Struktur installiert, die als Überdachung für insgesamt 88 Fahrzeuge dient. Sie liefert eine Spitzenleistung von 275 Kilowatt und versorgt unter anderem eine DC-Schnellladestation.
Ähnliche Maßnahmen finden sich häufig in der Schnittmenge zwischen öffentlichem Platz und Verkehrsweg. Denn vor allem für Parkplätze bieten sich Überdachungen mit PV-Anlage an:
Die Anforderungen und Sicherheitsvorgaben für PV-Anlagen, mit denen Straßen überbaut werden sollen, sind noch einmal deutlich strenger als bei Photovoltaik auf Hausdächern oder Freiflächen. Das hat unterschiedliche Gründe:
Verkehrswege – und damit sind nicht allein Straßen für den motorisierten Verkehr gemeint – lassen sich auf unterschiedliche Weise mit Photovoltaik kombinieren. Der gängigste Ansatz folgt dem der urbanen Photovoltaik und nutzt Überdachungen.
Ein Demonstrator steht an der Rastanlage Hegau-Ost an der A81 in Baden-Württemberg. Sie gehört zu einem gemeinschaftlichen Forschungsprojekt, an dem sich Institute aus Deutschland, der Schweiz und Österreich beteiligen. Eine 10 x 17 Meter große Dachfläche aus PV-Modulen ist in rund 5,5 Metern Höhe über der Fahrbahn installiert.
Aufgrund der hohen Anforderungen an derartige Konstruktionen soll im Rahmen des Projekts auch geprüft werden, ob ein dauerhafter, wirtschaftlicher Betrieb von größeren PV-Anlagen unter realen Verkehrsbedingungen überhaupt möglich ist. Wahrscheinlich ist jedoch, dass die Anwendung schon wegen der höheren Kosten eher auf überschaubare Bereiche beschränkt bleiben wird.
Es gibt aber noch andere Flächen an Verkehrswegen, die sich für die Installation von Photovoltaik eignen. Vor allem Lärmschutzwände an Straßen oder Bahngleisen kommen in Frage.
Im Frühjahr 2021 konnte zum Beispiel ein Pilotprojekt an der A3 bei Aschaffenburg erfolgreich abgeschlossen werden. Die kombinierte Solar- und Lärmschutzanlage mit einer Länge von 890 Metern und einer Höhe von 3 Metern liefert für die kommenden 20 Jahre nachhaltigen Strom.
Ein weiteres, vom Fraunhofer ISE durchgeführtes Projekt, läuft bis Anfang 2023. Dabei geht es um die „Entwicklung und Erprobung von schallabsorbierenden und schalldämmenden Modulkonzepten, die in geeigneten absorbierenden Lärmschutzwandsystemen eingebunden sind“. Überprüft werden zudem die Wirtschaftlichkeit und Marktfähigkeit solcher Elemente.
Eine Doppelnutzung versiegelter Flächen für die erneuerbare Energiegewinnung kann aber auch anders aussehen. Das beweist unter anderem der erste deutsche Solarradweg in Erftstadt (bei Köln). Dort wurde 2018 eine Teststrecke von 90 Meter Länge eröffnet, die auf einer Fläche von etwa 200 Quadratmetern Solarstrom produzieren soll.
Möglich wird das durch spezielle Solarkacheln, die mit einem Klicksystem verbunden und anschließend verklebt werden. Ihre Oberfläche besteht aus bruchsicherem Glas, das rutschfest ist und Geräusche absorbiert.
Die „SolaRoad“ im niederländischen Krommenie setzt auf eine ähnliche Technik. Hier wurden bereits 2014 Betonmodule mit Solarpaneelen installiert, die ebenfalls mit Sicherheitsglas geschützt und mit einer rutschsicheren Beschichtung überzogen sind. Die etwa 70 Meter lange Teststrecke konnte bereits nach sechs Monaten im Betrieb die erwartete Strommenge übertreffen.
In beiden Fällen braucht es aber noch eine weitere Optimierung der Module, um Probleme mit den Beschichtungen und hohe Kosten aufgrund der aufwändigen Entwicklung in Zukunft zu beheben. Dennoch zeigen die beiden Beispiele, dass Photovoltaik im öffentlichen Raum in sehr unterschiedlichen Formen einen Platz finden kann.
Quellen:
Solar Cluster Baden-Württemberg e. V. (Hg.): Photovoltaik in Kommunen – Solarenergie sinnvoll einsetzen. Handlungsmöglichkeiten & Maßnahmen für Kommunen mit Praxisbeispielen
https://www.photovoltaik-bw.de/fileadmin/Bilder-Dateien_Koordinierung/PV-Netzwerk_Photovoltaik-in-Kommunen-Broschuere_2020_07.pdf
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE: AP 2.1.5.1 – Machbarkeitsstudie zu PV-Systemen über öffentlichen Wegen und Plätzen
https://pfaff-reallabor.de/site/wp-content/uploads/2020/05/AP2.1.5.1_Machbarkeitsstudie_PV-im_öffentlichen-Raum_Veröffentlicht_NR.pdf
Fraunhofer ISE: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland (Stand: 12. August 2022)
https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/aktuelle-fakten-zur-photovoltaik-in-deutschland.pdf
Fraunhofer ISE: PVwins – Entwicklung von wandintegrierten PV-Elementen für den Lärmschutz
https://www.ise.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/pvwins.html
Fraunhofer ISE: PV-Süd – PV-Straßenüberdachung
https://www.ise.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/pv-sued.html
Fraunhofer ISE: Urbane Photovoltaik (UPV)
https://www.ise.fraunhofer.de/de/leitthemen/integrierte-photovoltaik/urbane-photovoltaik-upv.html
Fraunhofer ISE: Bauwerkintegrierte Photovoltaik (Building-Integrated Photovoltaics BIPV)
https://www.ise.fraunhofer.de/de/leitthemen/integrierte-photovoltaik/bauwerkintegrierte-photovoltaik-bipv.html
Fraunhofer ISE: Photovoltaik in Verkehrswegen (Road-Integrated Photovoltaics RIPV)
https://www.ise.fraunhofer.de/de/leitthemen/integrierte-photovoltaik/verkehrswege-photovoltaik-ripv.html
Fraunhofer ISE: PVwins – Entwicklung von wandintegrierten PV-Elementen für den Lärmschutz
https://www.ise.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/pvwins.html
Fraunhofer ISE: Urbane Photovoltaik (UPV)
https://www.ise.fraunhofer.de/de/leitthemen/integrierte-photovoltaik/urbane-photovoltaik-upv.html
Bundesministerium für Digitales und Verkehr: Ortstermin an der A 81: „Solardach über der Autobahn“ (Pressemitteilung)
https://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Pressemitteilungen/2021/046-bilger-solardach-ueber-der-autobahn.html
Umweltbundesamt: Photovoltaik
https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/photovoltaik#photovoltaik
Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW): Klimabildung im öffentlichen Raum – Das Beispiel der smarten Solarbank
https://difu.de/sites/default/files/media_files/2020-10/Infoblatt%20Solarbank.pdf
Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme (IZES): Gemeindezentrum Fraunberg – Platzüberdachung
https://www.izes.de/sites/default/files/publikationen/Veranstaltungen/SvE%202022_Gebäudeintegrierte%20PV_Oberpriller.pdf
Solarserver.de: Lidl setzt auf Photovoltaik
https://www.solarserver.de/2020/01/16/lidl-setzt-auf-photovoltaik/
energiezukunft.eu: Erster Solar-Radweg Deutschlands eröffnet
https://www.energiezukunft.eu/erneuerbare-energien/solar/erster-solar-radweg-deutschlands-eroeffnet/
energiezukunft.eu: Erster Solar-Radweg effizienter als erwartet
https://www.energiezukunft.eu/erneuerbare-energien/solar/erster-solar-radweg-effizienter-als-erwartet/
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