Schonender fürs Stromnetz: Senkrecht aufgestellte, doppelseitige Solarmodule könnten das Problem der stark schwankenden Solarstrom-Einspeisung abmildern. Denn wenn solche bifazialen Photovoltaikmodule in Ost-West-Ausrichtung stehen, liefern sie morgens und abends den meisten Strom. Kombiniert mit den gängigen südwärts zeigenden Solaranlagen gleicht dies die mittäglichen Stromspitzen aus. Dadurch werden Stromspeicher und zusätzlicher Strom aus Gas weniger gebraucht, wie Forschende berichten.
Neben der Windenergie ist die Photovoltaik eine wichtige Stütze der Energiewende. Vor allem Solaranlagen auf Hausdächern boomen und die Module werden immer leistungsfähiger, günstiger und effizienter. Im Zuge der Gasknappheit und steigenden Strompreise bekommt die Photovoltaik zusätzliche Attraktivität. Ein großes Problem bleibt jedoch: Weil die meisten Solaranagen nach Süden ausgerichtet sind, wird an sonnigen Tagen mittags mehr Strom ins Netz eingespeist als verwertet werden kann, dafür fehlt er morgens und abends.
Sonne von beiden Seiten
Abhilfe schaffen könnte jedoch ein vermehrter Einsatz sogenannter bifazialer Solarmodule. Diese werden senkrecht aufgestellt und können das von beiden Seiten einfallende Sonnenlicht nutzen. „In Ost-West-Ausrichtung installiert, wird dadurch morgens und abends der meiste Strom erzeugt“, erklärt Erstautorin Sophia Reker von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig. Zwar ist das Sonnenlicht zu diesen Zeiten weniger intensiv, dafür fällt das Licht zweimal am Tag auf die beiden Modulflächen.
„Bifaziale Solarmodule sind zwar etwas teurer als konventionelle Solaranlagen“, erklärt Rekers Kollege Jens Schneider. „Aber da sie die Anzahl von Stunden mit verfügbarer Solarenergie erhöhen, werden andere Elektrizitätsbedarfe, beispielsweise in Gaskraftwerken, reduziert.“ So erzeugt ein gängiges, um 20 Grad nach Süden geneigtes Modul gegen elf Uhr vormittags seine Maximalleistung von 0,76 Watt pro installiertem Watt Leistung. Ein bifaziales Ost-West-Modul erreicht morgens um 07:00 Uhr und nachmittags um 16:00 Uhr einen Peak von jeweils 0,69 Watt pro installiertem Watt Leistung.
Insgesamt liegt die Stromausbeute eines senkrecht in Ost-West-Richtung aufgestellten Bifazialmoduls damit bei rund 999 Wattstunden pro installiertem Watt und Jahr – und steht damit der Stromgewinnung durch ein gängiges Modul mit 1020 Wattstunden pro Jahr und installiertem Watt kaum nach.
Gleichmäßigere Stromeinspeisung
Das Entscheidende jedoch: Wenn in Deutschland beide Photovoltaikanalgen kombiniert werden, kann dies die für die Solarenergie typischen Tagesschwankungen stark verringern. Denn der starke Mittagspeak fällt dann schwächer aus, reicht aber immer noch aus, um den Bedarf um diese Zeit zu decken, wie das Team ermittelte. Gleichzeitig liefern die senkrechten Anlagen morgens und abends genügend Strom, um den dann typischerweise hohen Bedarf abzufangen.
Dadurch benötigt das Stromnetz weniger Stromspeicher, um die Einspeisungspitzen abzufangen, wie Modellsimulation eines deutschen Stromnetzes im Jahr 2030 mit nur erneuerbaren Energie ergab. „Bei 100 Prozent gängigen Solaranlagen müssten 117 Terawattstunden an Strom vorübergehend gespeichert werden“, berichten Reker und ihre Kollegen. Mit einem Anteil von 70 Prozent Senkrechtanlagen am zugebauter Modulkapazität wären es nur 94 Terawattstunden. Weil die Stromspeicherung mit Verlusten verbunden ist, würde dies Strom sparen und das gesamte System effizienter machen.
Gut für die Agri-Photovoltaik geeignet
Hinzu kommt: Senkrecht installiert, können die Solaranlagen gut auf landwirtschaftlich genutzten Flächen errichtet werden. „Das schafft zusätzliche Verdienstmöglichkeiten für Landwirte und erhöht das Flächenpotenzial für erneuerbare Energien in Deutschland so sehr, dass wir nur in geringem Maße zusätzlich Energie importieren müssten“, erklärt Schneider. Weil die Module ohnehin im Abstand von acht bis zehn Metern aufgestellt werden müssen, bleibt dazwischen genug Platz für den Pflanzenanbau.
Positiv auch: Auf landwirtschaftlichen Flächen installierte Solaranlagen können das Wachstum bestimmter Nutzpflanzen unterstützen, da sie die Pflanzen vor Wind und direkter Sonne schützen – gerade letzteres könnte in Zeiten zunehmender Hitzewellen und Dürren zum Vorteil werden. Durch das neue Gesetzespaket der Bundesregierung soll die sogenannte Agri-Photovoltaik in Zukunft besonders gefördert werden. (Smart Energy, 2022; doi: 10.1016/j.segy.2022.100083)
Quelle: Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig
