Projektpartner verschiedener Industrie- und Technologiezweige erforschen gemeinsam das große Potenzial von schwimmender Photovoltaik („Floating-PV“ oder „FPV“). Als Bürger, Anwohner, Medienvertreter oder Unternehmen erhalten Sie hier wichtige Projektdetails und Hintergrundinformationen zum Themenkomplex Floating-PV.

Floating-PV meint schwimmende Solaranlagen auf Seen oder anderen Gewässern. Seit einigen Jahren erlebt die Technologie einen regelrechten Boom. Die weltweit installierte Gesamtleistung von rund zehn Megawatt im Jahr 2014 wuchs auf über fünf Gigawatt im Jahr 2022. Schwimmende PV-Anlagen bergen weltweit ein bisher kaum genutztes Stromerzeugungs- und Klimaschutzpotenzial. Im Unterschied zu Freiflächensolaranlagen werden die PV-Module auf Schwimmkörpern installiert und auf einem stehenden Gewässer oder dem Meer ausgebracht. Auch in Deutschland gibt es sehr viele künstliche Gewässer, die aus technischer Sicht für schwimmende PV genutzt werden könnten. Allein durch den Braunkohletagebau entstanden rund 500 Tagebauseen. Laut einer Studie des Fraunhofer ISE verfügen diese aus rein technischer Sicht über ein nutzbares Potenzial im mittleren zweistelligen Gigawatt-Bereich.

Während große Freiflächensolaranlagen an Land viel Platz benötigen, der gerade in dicht besiedelten Regionen mit entsprechend hohem Energiebedarf rar ist, können schwimmende Anlagen auf Seen oder vor der Küste gebaut werden. Außerdem versprechen Module, die auf Schwimmkörpern installiert werden, höhere Erträge. Dort ist unter anderem eine natürliche Kühlung der Zellen durch das Wasser gegeben, sodass diese auch bei hohen Außentemperaturen effizient arbeiten können. Das sind einige der Gründe, weshalb immer mehr Betreiber auf die Technologie setzen und immer größere Anlagen bauen. Gleichwohl gibt es für viele bestehende Gewässer bereits etablierte Nutzungsformen und für neu entstehende Wasserflächen andere Nutzungskonzepte wie beispielsweise für Tourismus oder Naturschutz. Deshalb ist es notwendig, Lösungen zu entwickeln, die die möglichen Konflikte bei der Gewässernutzung verringern können.

Schwimmende Photovoltaik-Anlagen ermöglichen den Ausbau Erneuerbarer Energien, ohne neue Landflächen in Anspruch zu nehmen. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, die RWE Renewables, und die Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg wollen gemeinsam mit weiteren Partnern diese innovative Technologie weiterentwickeln.

Ziel des Forschungsprojekts »PV2Float« ist es, drei Floating-PV-Demonstratoren mit unterschiedlichen Unterkonstruktionen einem intensiven Praxistest zu unterziehen. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte Vorhaben soll sowohl das technische Potenzial aufzeigen als auch die Akzeptanz in der Öffentlichkeit fördern. Die hier gewonnenen Forschungsergebnisse bilden eine wichtige Basis für eine genaue Analyse der technischen Voraussetzungen, Wirtschaftlichkeit und ökologischen Auswirkungen schwimmender Photovoltaik-Anlagen in Deutschland.

Konzipiert und aufgebaut wird die Versuchsanlage gemeinsam mit RWE und Ecotec. Geplant sind drei schwimmende Installationen mit insgesamt 90 Kilowatt Leistung und eine Referenzanlage an Land. VDE Renewables evaluiert die im Rahmen des Projekts entwickelten Kraftwerkskonzepte in Bezug auf Normenkonformität und elektrische Sicherheit und überprüft die Anlagen nach der Errichtung.

Das Fraunhofer ISE untersucht den regulatorischen Rahmen für Floating-PV-Anlagen und erarbeitet ein Verfahren zur Beteiligung lokaler Akteurinnen und Akteure. Das Institut überprüft die Zuverlässigkeit der Komponenten, entwickelt PV-Module, modelliert den Anlagenbetrieb und analysiert die Nachhaltigkeit sowie Wirtschaftlichkeit von Floating-PV.

RWE trägt neben der finalen Standortauswahl mit einer umfassenden Potenzialanalyse des deutschen und internationalen Marktes für Floating-PV zum Forschungsvorhaben bei. Als eines der weltweit führenden Unternehmen im Bereich Erneuerbarer Energien verfügt RWE über langjährige Erfahrung bei Bau und Betrieb von Freiflächen-Solaranlagen und hat bereits ein Floating-PV-Projekt in den Niederlanden realisiert. Die gewässerökologische Begleitung des Projekts liegt bei der BTU Cottbus-Senftenberg und dem Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann in Dresden.

Mittelpunkte des Projekts sind Design, Bau, Betrieb und Überwachung einer schwimmenden Versuchsanlage. Diese soll auf drei verschiedenen technischen Konzepten basieren. Verschiedene Ansätze der Unterkonstruktion und innovativen Verankerung sollen miteinander verglichen werden. Weitere Einflussfaktoren sind der Schutz gegen Blitzschlag, die Erdung und die Wartung der Anlage. Die installierte Leistung des jeweiligen Systemdesigns soll 30 Kilowatt peak (kWp) betragen. Zudem wird eine Referenzanlage an Land errichtet und betrieben, um Ertragsunterschiede zu den Floating-PV-Demonstratoren quantifizieren und analysieren zu können. Dafür wird ein Mess- und Monitoringkonzept erarbeitet, um die Performance der verschiedenen Floating-PV-Systemdesigns untereinander und im Vergleich zu landbasierter PV im Outdoor Performance Lab des Fraunhofer ISE am Standort Merdingen zu untersuchen. Das System ist ein Testfeld für zahlreiche Aktivitäten, z.B. für den Vergleich verschiedener Technologien, die Bewertung von Materialien und die Analyse von Auswirkungen auf den See.

Um die technischen, ökologischen und sozioökonomischen Voraussetzungen für einen erfolgreichen Floating-PV-Regelbetrieb zu definieren, untersucht das interdisziplinäre Konsortium die Chancen und Herausforderungen mit Augenmerk auf eine Umsetzung im ökonomisch sinnvollen Megawatt-Maßstab. Ökologische Auswirkungen sowie die Potenziale und die gesellschaftliche Akzeptanz der Technologie werden explizit für den Standort Deutschland analysiert. Das technische Expertenteam im PV2Float-Projekt widmet sich der Weiterentwicklung von Floating-PV-Konstruktionen mit Blick auf Kostenreduktion, Integration in die Raumplanung und nachhaltige Umsetzung im Megawatt-Maßstab.

Mit 1400 Mitarbeitern ist das Fraunhofer ISE das größte Forschungsinstitut für Solarenergie in Europa. Schwerpunkte sind die Charakterisierung von PV-Modulen sowie die Prüfung, Performanceanalyse und technisch-ökonomische Bewertung von Solaranlagen verschiedenen Typen. Die Integration von Photovoltaik in verschiedene landschaftliche Umgebungen stellt für das Institut ein strategisches Forschungsfeld höchster Priorität dar, welches im Falle der Floating-PV seit 2019 mit einem eigenständigen Geschäftsfeld verfolgt wird. Das Fraunhofer ISE koordiniert PV2Float und ist federführend bei einer Reihe von Prozessen: Untersuchungen zu Genehmigungsprozessen, Qualitätssicherung von Anlagenkomponenten, Modulentwicklung, Anlagenmonitoring und Ertragssimulationen, Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit.

Das Fachgebiet Gewässerökologie der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg betreibt Ausbildung und Forschung in den Bereichen Gewässerökologie und Management von Gewässern. Es besteht eine langjährige Expertise zur Ökologie von Stand- und Fließgewässern in Bergbaufolgelandschaften, Gewässerbelastungen, Gewässerbewertung entsprechend der EU-Wasserrahmenrichtlinie, Sanierung und Restaurierung anthropogen veränderter Gewässer sowie Gewässeruntersuchungen aller Art. Im Projekt PV2Float ermöglichen diese Erfahrungen eine umfassende Analyse der gewässerökologischen Auswirkungen der Floating-PV-Technologie als wichtige Grundlage für deren Weiterentwicklung und für Genehmigungsfragen. Durch die Zusammenarbeit mit dem Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann in Dresden steht zudem ein langjähriger Partner der BTU für komplexe limnophysikalische und hydrogeochemische Modellierungen von Seen zur Verfügung.

Die RWE AG ist ein börsennotierter Energieversorgungskonzern und gehört zu den führenden Energieversorgen in Deutschland. Mit über 20.000 Mitarbeitern versorgt der Konzern seine Kunden mit Strom aus allen Energiequellen und ist gleichzeitig eines der global führenden Unternehmen bei erneuerbaren Energien. Die RWE Renewables konzentriert sich auf den Geschäftsbereich der Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien, vor allem Windkraft und Photovoltaik, und stellt damit das zukünftige Kerngeschäft der RWE in den erneuerbaren Energien dar. Dabei beschäftigt sich der Solarbereich mit der Entwicklung, dem Bau und dem Vertrieb von Photovoltaikanlagen auf weltweit ausgewählten Märkten.

Die VDE Renewables unterstützt alle wesentlichen Marktteilnehmer bei der Sicherstellung technischer Qualität und der Wirtschaftlichkeit von Produkten und Systemen im Bereich der erneuerbaren Energien. Die VDE Renewables bietet ihren Kunden ein breites Spektrum von Prüf- und Messleistungen nach nationalen und internationalen Normen in den Bereichen Photovoltaik, Netzkonformität, Wind sowie Batterie- und Energiespeichersystemen.

Über die Auswirkungen von Floating-PV auf Gewässerökosysteme ist bisher noch relativ wenig bekannt. Das Projekt PV2Float will in diesem Bereich zu einem deutlichen Erkenntnisgewinn beitragen. Im Gegensatz zu Freiflächenanlagen stellen Floating-PV-Anlagen keinen größeren Eingriff in den Landschaftshaushalt mit Auswirkungen auf die Bodenhydrologie, die Vegetation und die Tierwelt dar. Kritisch wird vor allem der Aufbau der Anlagen – insbesondere in den Uferbereichen bei der Verankerung am Gewässerboden – gesehen (siehe Infographik 3). In Abhängigkeit vom Anteil der durch Floating-PV abgedeckten Wasserfläche an der Gesamtseefläche sind Auswirkungen auf den Energie- und Stoffhaushalt von Gewässern zu erwarten, die angesichts der globalen Erwärmung positive Effekte für das Gewässer haben könnten. Langzeitstudien im Freiland, die fundierte und umfassende Aussagen erlauben würden, liegen bisher jedoch nicht vor.

Forschungsrelevant für die Gewässerökologie ist die Ermittlung physikalischer Veränderungen durch Floating-PV, der daraus resultierenden ökologisch wirksamen Reaktionen einschließlich deren Einfluss auf biologische Strukturen und Prozesse. Darüber hinaus gilt es, Veränderungen durch die Ansiedlung sessiler Organismen auf den Schwimmkörpern im Hinblick auf das Gesamtökosystem zu analysieren. Limnophysikalische Modellierungen sind dabei ein wichtiges Werkzeug im Rahmen der PV2Float-Untersuchungen.