Einleitung
Im Jahr 2023 erlebte die erneuerbare Energiewelt bemerkenswerte Fortschritte. Solarenergie verzeichnete Rekordleistungen und technologische Innovationen, während der Ausbau von Offshore-Windparks und fortschrittliche Windturbinen die Windenergie stärkten. Neue Speichertechnologien verbesserten die Nutzung von PV- und Windenergie. Regierungen weltweit verstärkten ihre Bemühungen zur Förderung Erneuerbarer Energien (EE) durch Anreize, Subventionen und Gesetzesänderungen zur Reduzierung von CO2-Emissionen (1, 2).
Im Verlauf des letzten Jahres haben wir uns verschiedene Themen im PV- und Windenergie-Bereich in unseren monatlichen Newslettern angesehen. Im Folgenden geben wir einen kurzen Rückblick auf die Inhalte der Leitartikel. Dieser folgt in einer thematischen statt einer chronologischen Reihenfolge.
Photovoltaik – Die vielfältigen Facetten
Technologien für große Photovoltaik (PV)-Anlagen
In unserer Februarausgabe ging es um die Thermografie und Elektrolumineszenz Techniken für große PV-Anlagen. Infrarot-Thermografie (IR) und Elektrolumineszenz (EL) sind etablierte bildgebende Verfahren in der PV-Industrie, die zur Identifizierung von Fehlern in PV-Modulen dienen. IR ermöglicht schnelle und kostengünstige Inspektionen großer PV-Anlagen, ist jedoch weniger präzise als EL. Während IR auf Modulbasis arbeitet und Fehler wie Kurzschlüsse erkennt, liefert EL detaillierte Informationen auf Zellebene, identifiziert Mikrorisse und andere Defekte genauer. Die optimale Vorgehensweise besteht darin, die gesamte PV-Anlage zunächst mit IR zu scannen und bei Bedarf gezielte EL-Inspektionen durchzuführen. Ein Prototyp namens DaySy versucht, EL-Messungen bei Tageslicht durchzuführen, um die Praktikabilität zu verbessern, steht jedoch vor Herausforderungen bei der Unterscheidung zwischen Lumineszenzsignal und unerwünschter Strahlung. Insgesamt sind IR und EL wertvolle Werkzeuge für die Inspektion und Bewertung von PV-Anlagen, wobei die Wahl zwischen den beiden Methoden von den spezifischen Anforderungen und Zielen eines Projekts abhängt.
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Thermografie und Elektrolumineszenz Techniken für große PV Anlagen
Solarstrom
Unser Mai Leitartikel analysiert die ökologischen Aspekte von Solarstrom, indem er den gesamten Lebenszyklus von PV-Modulen betrachtet. Die Produktion von PV-Modulen, insbesondere die Reinigung des Siliziums, verursacht zwar Umweltauswirkungen, macht jedoch nur 5-10 % im Vergleich zu fossiler Stromerzeugung aus. Der Betrieb der Module zeigt sich als umweltfreundlich, da sie bereits nach drei Jahren mehr CO2 einsparen, als bei ihrer Herstellung ausgestoßen wurde. Die energetische Amortisationszeit beträgt nur 1,2 Jahre für in Europa installierte und in China produzierte Module. Der Produktionsstandort und der Strommix beeinflussen die CO2-Emissionen erheblich. Die Entsorgung von Altmodulen wird als Herausforderung betrachtet, da bis 2050 weltweit 60 Mio. Tonnen erwartet werden, jedoch stehen Recyclingtechnologien bereit, darunter die Rekristallisierung von Silizium. Die europäische PV-Branche im Verband PV Cycle engagiert sich im Recycling. Das Fazit hebt hervor, dass die PV einen bedeutenden Beitrag zur Energiewende leistet, trotz ökologischer Auswirkungen während der Produktion und unvollständigem Recycling. Deutschland hat durch den frühen PV-Ausbau einen Wettbewerbsvorteil im wachsenden Recyclingmarkt, und die PV gilt insgesamt als eine der ökologisch verträglichsten Stromerzeugungstechnologien.
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Wie ökologisch ist Solarstrom wirklich?
PV auf Freiflächen
In dem zweiteiligen Artikel „Photovoltaik auf Freiflächen – Gewinn für den Naturschutz?“, der im Juli und August veröffentlicht wurde, wird die Frage behandelt, ob Solaranlagen auf Freiflächen einen positiven Beitrag zum Naturschutz leisten können. Der erste Teil bietet eine Einführung und präsentiert Beispiele wie den „Finow Tower“, das größte Solarkraftwerk Europas, das auf einem alten Militärgelände in Finowfurt betrieben wird. Studien zeigen, dass solche Freiflächen-PV-Anlagen (FF-PVA) unter bestimmten Bedingungen einen positiven Effekt auf die lokale Artenvielfalt haben können. Zum Beispiel konnte in Finowfurt ein Anstieg der Zauneidechsen-Populationen verzeichnet werden.
Der zweite Teil des Artikels konzentriert sich auf die Frage, wie PV-Parks naturverträglich gestaltet werden können. Hierbei wird betont, dass die Auswahl der Flächen entscheidend ist. Bereits ökologisch genutzte oder geschützte Gebiete sollten vermieden werden, während vorbelastete Flächen wie ehemalige Deponien von einer solchen Nutzung profitieren können. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass die ökologische Gestaltung von FF-PVA zu Flächenineffizienz führen kann, da größere Abstände zwischen den Modulreihen und Blühstreifen den Gesamtflächenbedarf erhöhen. Die Planung und Umsetzung solcher Anlagen erfordert daher eine sorgfältige Abwägung zwischen ökologischen Aspekten, Flächeneffizienz und wirtschaftlichen Interessen der Betreiber.
Schließlich wird die Bedeutung einer guten Planung hervorgehoben, die die gesamte Lebensdauer einer FF-PVA abdeckt. Naturschutzbelange sollten von der Auswahl der Fläche bis zum Betrieb und Rückbau berücksichtigt werden. Die Möglichkeit einer Zertifizierung als „Biotopsolarpark“ wird ebenfalls diskutiert, um Anreize für mehr Artenschutzmaßnahmen in PV-Parks zu schaffen. Der Artikel schließt mit dem Appell für einheitliche gesetzliche Vorgaben, um den Naturschutz bei der Expansion von PV-Parks zu gewährleisten.
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Photovoltaik auf Freiflächen – Gewinn für den Naturschutz? (Teil 1)
Photovoltaik auf Freiflächen – Gewinn für den Naturschutz? (Teil 2)
PV für Parkplätze
Der Artikel im September hebt die wachsende Bedeutung nachhaltiger Energielösungen in urbanen Zentren hervor, insbesondere durch die Integration von PV in Parkplatzüberdachungen. Angesichts des prognostizierten Bevölkerungswachstums und der steigenden CO2-Emissionen in Städten wird die Dekarbonisierung des Stromsektors als entscheidend für den Klimaschutz betrachtet. PV-Systeme, besonders auf Großraum-Parkplätzen, bieten nicht nur umweltfreundliche Stromerzeugung, sondern ermöglichen auch eine multifunktionale Flächennutzung.
In einigen Regionen, wie Baden-Württemberg, ist bereits gesetzlich festgelegt, dass Parkplatz-überdachungen mit PV-Anlagen versehen werden müssen. Diese Regelungen könnten dazu beitragen, einen signifikanten Anteil EE zu generieren und den Bedarf an konventionellem Strom zu reduzieren. Die Integration von PV-Überdachungen auf Parkplätzen zeigt nicht nur ökologische, sondern auch ökonomische Vorteile, wie die direkte Stromnutzung vor Ort für Elektrofahrzeuge oder umliegende Gebäude. Darüber hinaus bieten die Überdachungen Schutz vor Witterungseinflüssen, sparen Kosten im Winterdienst und tragen zu einem umwelt-freundlichen Unternehmensimage bei. Mit verschiedenen Überdachungstypen und erfolgreichen Praxisbeispielen weltweit stellen PV-Überdachungen eine innovative Lösung dar, um nachhaltige Energieerzeugung und Elektromobilität zu kombinieren und die Städte sauberer und energieeffizienter zu gestalten.
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Photovoltaik Für Parkplatzüberdachungen: Nachhaltige Energieerzeugung mit Mehrfachnutzen
Windenergie – Zwischen Artenschutz und technischem Fortschritt
Windenergie und Artenschutz
Unser Leitartikel aus dem Monat März behandelt die Herausforderung, den Schutz von Fledermäusen und den Ausbau von EE, insbesondere Windenergieanlagen (WEA), in Einklang zu bringen. Die steigende Anzahl und Höhe von WEA erhöht die Kollisionsgefahr von Fledermäusen mit den Rotorblättern. Verschiedene Schutzmaßnahmen, darunter Abschaltalgorithmen, Abschaltzeiten und Gondelmonitoring, werden diskutiert, um das Kollisionsrisiko zu minimieren. Trotz erheblicher Bemühungen bleibt ein restliches Risiko bestehen. Eine Hysterese im Betriebsalgorithmus wird als mögliche Maßnahme zur Reduzierung des Anlagenverschleißes durch häufiges Abschalten vorgeschlagen. Die Anziehung von Insekten an den Masten wird als möglicher Grund für die hohe Fledermausdichte in der Nähe von WEA genannt. Die Notwendigkeit eines zufriedenstellenden Gleichgewichts zwischen den Interessen von Anlagenbetreibern, Naturschutz und dem Ausbau von EE wird betont. Eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft, Naturschutz und Energieunternehmen ist entscheidend, um die Akzeptanz von WEA zu steigern und gleichzeitig das Kollisionsrisiko zu reduzieren. Wir, die 4initia GmbH, bieten umfassende Lösungen für Projektplanung und fledermauskundliche Erfassungen.
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Hoch fliegt die Fledermaus und direkt durch die Windenergieanlage
Akzeptanz von WEA
Mehr über technische Maßnahmen zur Steigerung der Akzeptanz von WEA an Land angesichts des Ausbaus EE in Deutschland erfährt man in unserem Leitartikel April. Trotz der Bedeutung der Windenergie für den Klimaschutz können Faktoren wie Lärm- und Lichtemissionen sowie ästhetische Bedenken die Akzeptanz beeinträchtigen. Der Text identifiziert verschiedene akzeptanzhemmende Faktoren und stellt technische Lösungen vor. Lärmentwicklungen werden durch den Einsatz geräuscharmer Getriebe, Schwingungsdämpfer und schalldämmender Materialien reduziert. Aerodynamische Geräusche werden durch Modifikationen an den Rotorblättern minimiert, darunter Serrations und Winglets. Lichtemissionen werden durch Abschaltautomatiken, Synchronisierung der Blinkfrequenzen und bedarfsgerechte Nachtkennzeichnung reduziert. Naturbezogene Faktoren wie Eiswurf und Artenschutz werden durch beheizte Rotorblätter, spezielle Beschichtungen und das Abschalten zu bestimmten Zeiten berücksichtigt. Das Fazit hebt hervor, dass technische Maßnahmen die negativen Auswirkungen mindern können, betont jedoch, dass nicht alle Gegner überzeugt werden können. Die Wirtschaftlichkeit der Anlagen im Zusammenhang mit den technischen Anpassungen bleibt eine Herausforderung. Der Ausbau von EE wird als entscheidend für den Klimaschutz und die Energieunabhängigkeit Deutschlands betrachtet.
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Technische Maßnahmen zur Förderung der Akzeptanz von Windenergieanlagen an Land
2. Nordseegipfel
Der zweite Nordsee-Gipfel in Ostende, Belgien, versammelte Nordsee-Anrainerstaaten, die sich darauf einigten, die Offshore-Windenergie in der Nordsee bis 2030 auf mindestens 120 GW zu verdoppeln und bis 2050 auf über 300 GW auszubauen. Die Abschlusserklärung von Ostende definiert zehn Maßnahmen zur verstärkten Zusammenarbeit und Koordination zwischen den Ländern und der Europäischen Kommission. Dieser Ausbau soll nicht nur die grüne Energieversorgung stärken, sondern auch Europa eine beispiellose Resilienz verleihen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren. Die Realisierung erfordert kontinuierliche Investitionen in die Energieinfrastruktur und das Beseitigen von Genehmigungshürden. Die Offshore-Windindustrie, zunehmend subventionsfrei, spielt eine entscheidende Rolle im grünen Transformationsprozess. Allerdings unterliegt die Planung und Umsetzung von Offshore-Windprojekten vielen Herausforderungen, von Umweltschutzinteressen bis zu wirtschaftlichen Überlegungen. Die Realisierung erfordert spezielle Schiffe, und die Kooperation mit der Öl- und Gasindustrie wird angestrebt. Namenhafte Unternehmen beteiligen sich am Vorhaben, das auch den Ausbau von Wasserstoffkapazität bis 2030 beinhaltet. Das Nordsee-Gipfel-Ergebnis markiert einen bedeutenden Schritt in Richtung treibhausgasneutraler Energieversorgung bis 2050.
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2. Nordseegipfel – Ein Katalysator der Offshore-Branche
Der Hybridturm von WEA
Der Artikel thematisiert die Herausforderungen und Potenziale von Hybridtürmen für WEA im Kontext der steigenden Nachfrage nach EE. Die deutsche Bundesregierung verfolgt ehrgeizige Ziele für den Ausbau von EE bis 2030, wobei das „Wind-an-Land-Gesetz“ den Ausbau von WEA vorantreiben soll. Mit wachsender Anlagenhöhe steigen die Erträge, aber auch die logistischen Herausforderungen, insbesondere beim Transport von Einzelteilen durch Straßenführungen. Die Hybridbauweise, bei der ein Stahlbetonturm auf einem Stahlturm befestigt wird, ermöglicht höhere Nabenhöhen und erhebliche Kosteneinsparungen beim Transport. Jedoch sind Hybridtürme verschiedenen Belastungen ausgesetzt, was zu Ermüdung und Schäden führen kann. Der Artikel betont die Bedeutung von zerstörungsfreiem Monitoring, um die strukturelle Integrität der Hybridtürme zu überwachen und mögliche Ermüdungsrisiken frühzeitig zu erkennen. Dehnmessstreifen, Feuchtigkeits- und Temperatursensoren sowie Schallemissionsmessungen werden als Methoden zur kontinuierlichen Überwachung vorgeschlagen. Der Einsatz fortschrittlicher Techniken ist entscheidend, um die Effizienz und Sicherheit von WEA zu maximieren und eine nachhaltige Energiewirtschaft zu fördern.
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Der Hybridturm von Windenergieanlagen: Die Erschließung mit Risiken und Nebenwirkungen
Netzausbau – Die deutsche Energiewende
Netzausbau in Deutschland
Der zweiteilige Artikel, veröffentlicht im November und Dezember, behandelt die zentrale Bedeutung des Netzausbaus für die Energiewende in Deutschland. Während das Schlagwort „Energiewende“ oft mit dem Ausbau von EE in Verbindung gebracht wird, betont der Artikel, dass die Transformation des gesamten Energiesystems im Fokus steht. Neben dem Umstieg auf erneuerbare Stromquellen, wie Wind- und Solarenergie, umfasst dies auch die Verkehrs- und Wärmewende.
Der steigende Bedarf an Strom, insbesondere durch den geplanten Ausstieg aus der Kohleverbrennung, erfordert eine proportionale Erhöhung des Anteils EE im Strommix. Allerdings besteht eine geographische Inkongruenz zwischen der Produktion EE und deren Nachfrage. Der Norden produziert beispielsweise Windstromüberschuss, während der Süden mehr Strom verbraucht, was den Ausbau von Stromnetzen notwendig macht.
Die bestehende Netzstruktur, die auf wenigen großen Kraftwerken nahe Ballungszentren basiert, muss sich an die dezentrale, ressourcenabhängige Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie anpassen. Der Artikel nennt das SuedLink-Projekt als ein wichtiges Vorhaben im Netzausbau, das mit 4 GW Leistung über 700 km geplant ist.
Die verbesserte Vernetzung innerhalb Europas wird durch Projekte wie NordLink betont, dass Deutschland mit Norwegen verbindet und den Austausch von Strom, insbesondere aus erneuerbaren Quellen, ermöglicht. Der Artikel unter-streicht die Bedeutung von Pumpspeicherkraftwerken als Speicherinfrastruktur für grünen Strom.
Auf lokaler Ebene wird der Ausbau der Verteilnetze als entscheidend für die Elektrifizierung des Individualverkehrs und die Zunahme von Wärmepumpen und Elektroautos betrachtet. Die steigende Belastung der regionalen Netze erfordert Maßnahmen, darunter Stromrationierung für Wärmepumpen und Elektroautos in Notfällen.
Der Artikel schließt mit dem Fazit, dass der Netzausbau unumgänglich ist, um die Energieeffizienz zu maximieren. Trotz hoher Kosten wird ein ambitionierter Netzausbau als langfristige Investition betrachtet, um die Herausforderungen der Energiewende erfolgreich zu bewältigen und die Vorteile für die gesamte Gesellschaft zu maximieren.
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Der Netzausbau in Deutschland – ein wichtiges Puzzlestück der Energiewende (Teil 1)
Der Netzausbau in Deutschland – ein wichtiges Puzzlestück der Energiewende (Teil 2)
Ausblick
Unser Rückblick zeigt, dass es zahlreiche Änderungen und Fortschritte im EE Bereich gegeben hat. Auch in 2024 ist einiges zu erwarten, da der Fokus weiterhin darin besteht die erneuerbaren Energiequellen weiter auszubauen, den Strommarkt zu reformieren und modernisieren, um eine nachhaltigere Energieversorgung zu ermöglichen (3). Den Auftakt macht die GEG-Novelle, die am 01.01.2024 in Kraft tritt, und eine 65%-erneuerbare-Energie-Pflicht für neu installierte Heizungen vorschreibt (4).
Wir sind gespannt, welche Veränderungen und Erfolgsfortschritte 2024 bringen wird. In den nächsten Monaten werden wir uns mit weiteren spannenden Themen befassen und freuen uns, dass Sie uns auf diesem Weg begleiten.
Wir wünschen Ihnen ein frohes und gesundes neues Jahr.
QUELLEN:
(1) Bundesnetzagentur (2024). Zubau Erneuerbare Energien 2023. Verfügbar unter: https://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/DE/2024/20240105_EEGZubau.html#:~:text=Die%20Bundesnetzagentur%20hat%20erste%20Zahlen,einer%20Steigerung%20von%2012%20Prozent. (abgerufen am 08.01.2024)
(2) Die Bundesregierung (2024). So läuft der Ausbau der Erneuerbaren Energien in Deutschland. Verfügbar unter: https://www.bundesregierung.de/breg-de/aktuelles/ausbau-erneuerbare-energien-2225808 (abgerufen am 08.01.2024)
(3) Agentur für Erneuerbare Energien (2023). Ausblick2024: Systemsetzende Erneuerbare Energien ins Zentrum der Energieversorgung rücken. Verfügbar unter: https://www.unendlich-viel-energie.de/startseite/ausblick-2024-systemsetzende-erneuerbare-energien-ins-zentrum-der-energieversorgung-ruecken (abgerufen am: 08.01.2024)
(4) Die Bundesregierung (2024). Für mehr klimafreundliche Heizungen. Verfügbar unter: https://www.bundesregierung.de/breg-de/schwerpunkte/klimaschutz/neues-gebaeudeenergiegesetz-2184942 (aufgerufen am 08.01.2024)
