Herzlich willkommen auf der Website des Forschungsprojekts „PV2Float“!


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.


Was steckt hinter 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 deutlich mehr als zwei Gigawatt im Jahr 2021 (siehe Graphik). 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.

Systeme
Infographik 1: Kumulierte Leistung weltweit (Quelle: Fraunhofer ISE)

Floating-PV bietet gleich mehrere Vorteile – größtes Plus ist die verminderte Inanspruchnahme von Landflächen

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.

Intelligent, innovativ, effizient: Benefits der Floating-PV-Technologie in Kürze

  • Verfügbarkeit großer ungenutzter Flächen
  • minimaler Aufwand bei der Flächenaufbereitung und -instandhaltung
  • höhere Moduleffizienz durch das kühlende Wasser
  • zu erwartende Verminderung der Verdunstung und des Algenwachstums

Projekt

Das Forschungsprojekt PV2Float

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, vier Floating-PV-Demonstratoren mit unterschiedlichen Systemdesigns 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.

Zusammenarbeit namhafter Branchenexperten für Solarenergie

Konzipiert und aufgebaut wird die Versuchsanlage gemeinsam mit Aton Projects. Geplant sind vier schwimmende Installationen mit insgesamt 120 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.

Aufgaben sowie Ziele des Projekts auf einen Blick

  • Bau, Betrieb und Rückbau von vier Floating-PV-Demonstratoren und einer Land-Referenzanlage
  • Forschung zur wirtschaftlichen Umsetzbarkeit von Floating-PV im Megawatt-Maßstab
    • Abbau von Marktbarrieren und Schaffung von Akzeptanz
    • Einsatz von umweltverträglichen Materialien
    • Abschätzung der ökologischen Auswirkungen
    • Steigerung des Wirkungsgrades und der Flächeneffizienz
    • Effizientere Projektabwicklung
    • Produktionsreife neuer Materialien/Technologien
  • Zusammenarbeit mit Behörden und Akteuren vor Ort
    • Entwicklung eines Prozessmodells zur Genehmigung von Floating-PV
    • Partizipation und Forschung zu Akzeptanz und Interessenskonflikten

Technologie

Forschung mit vier Versuchsanlagen: Innovative Technologie, durchdachtes Systemdesign

Mittelpunkte des Projekts sind Design, Bau, Betrieb und Überwachung einer schwimmenden Versuchsanlage. Diese soll auf vier verschiedenen technischen Konzepten basieren. Verschiedene Ansätze der Unterkonstruktion, innovativen Verankerung und Modulanordnung in unterschiedlichen Himmelsrichtungen 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 zwischen den verschiedenen Floating-PV-Systemdesigns und im Vergleich zu landbasierter PV am Standort 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.

Systeme
Infografik 2: Schematische Darstellung der Floating-PV-Systeme, die im Rahmen des PV2Float-Projekts erprobt werden

PV2Float-Projekt verspricht Forschung auf Augenhöhe mit Wirtschaft, Politik und Bürgern

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.


Partner


Fraunhofer ISE

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.

Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg

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.

RWE

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.

Aton Projects

Die niederländische Firma Aton Projects ist auf die Planung, Installation und Wartung von Solaranlagen spezialisiert. Bei über 15 Jahren Markterfahrung führt Aton Projects außerdem seit mehreren Jahren Machbarkeitsstudien für Floating-PV-Anlagen in den Niederlanden durch und untersucht dabei auch Verankerungslösungen. Im Jahr 2021 haben sie dort das Bauvorhaben einer 6-MWp-Floating-PV-Anlage realisiert – mit einer technischen Lebensdauer von 25 Jahren und auf der Grundlage eines bewährten niederländischen Designs.

VDE Renewables

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.


Umwelt

Offener Dialog mit Bürgern, Anwohnern und Kommunen: Wir legen höchsten Wert auf den Schutz von Umwelt, Natur und Tier

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.

Anchoring Mooring
Infographik 3: Typische Verankerungssysteme am Gewässerboden (oben) und am Land (unten)

Strenge Prüfung der Umweltverträglichkeit unter wissenschaftlichen Maßstäben

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.

Häufige Fragen zu Floating-PV-Projekten und zum Bauvorhaben

Wird die Wassertemperatur des Sees durch die Solarmodule steigen?

Das ist sehr unwahrscheinlich. Es wird durch Floating-PV immer nur ein Teil des Gewässers abgedeckt. Randbereiche des Gewässers und damit das artenreiche Litoral werden höchstens für einen Steg genutzt. Durch die Abschattung wird der Strahlungseintrag verringert, so dass eher eine Abkühlung zu erwarten ist.

Werden bedenkliche Materialien verwendet, die möglicherweise in Verdacht stehen, das Gewässer mit Mikroplastik zu belasten?

Die Schwimmkörper, auch Pontons genannt, werden aus einem hochverdichteten Polyethylen hergestellt, abgekürzt mit den Buchstaben HDPE. Dieses wurde von der American Water Works Association als unbedenklich eingestuft. Die Komponenten unterliegen den gleichen Standards bei der Unbedenklichkeit wie für die Trinkwassersysteme (World Bank Group, ESMAP and SERIS. 2019. Where Sun Meets Water: Floating Solar Handbook for Practitioners. Washington, DC: World Bank.).

Welche Einflüsse auf Flora und Fauna werden erwartet?

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. Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass die Verminderung der Lichtverfügbarkeit im Bereich der Floating-PV Einfluss auf das Wachstum von Algen und ggf. auch höheren Pflanzen am Gewässergrund haben kann. Dies kann sich in Veränderungen der Zusammensetzung und der Biomasse der Pflanzen am Floating-PV-Standort zeigen. Hinzu kommt, dass mit den Floating-PV-Trägern ein neuer Lebensraum für Organismen angeboten wird, die sich auf Hartsubstraten in Gewässern ansiedeln. In der Summe ist davon auszugehen, dass sich die zu beobachtenden Effekte auf Flora und Fauna nicht nachteilig auf das Gesamtökosystem und die Gewässernutzungen auswirken werden. Auch Vögel sind von bereits realisierten Projekten keine negativen Auswirkungen bekannt.

Wird man die Freizeitaktivitäten an einem See mit Floating-PV unverändert fortführen können?

Floating-PV-Anlagen sind als zusätzliche, nachgeordnete Gewässernutzung zu sehen. Damit lässt sich sicherstellen, dass es für andere Nutzungen zu keinen relevanten Einschränkungen kommt. Floating-PV-Anlagen können auch in abgelegenen Seebereichen platziert werden. Um die Sicherheit mit besonderem Augenmerk auf die Badegäste zu gewährleisten, lassen sich ggf. spezielle Hinweisschilder und Absperrungen durch Bojen und Schwimmbarrieren einsetzen.