Einleitung
Prognosen zum Bevölkerungswachstum zeigen, dass sich die Urbanisierung in den kommenden Jahrzehnten fortsetzen und bis 2050 über 70 % der Weltbevölkerung in Städten leben und arbeiten werden. Gleichzeitig sind Städte jedoch auch für rund 70 % der vom Menschen verursachten CO2-Emissionen verantwortlich und tragen damit wesentlich zum Klimawandel bei (1). Weltweit stehen urbane Zentren vor der Herausforderung, die rasch wachsende Bevölkerung unterzubringen, den Energieverbrauch zu senken und Strategien zur Abmilderung der negativen Auswirkungen des Klimawandels zu entwickeln (2).
Vor diesem Hintergrund hat die Bedeutung nachhaltiger erneuerbarer Ressourcen, die Reduzierung des Verbrauchs nicht erneuerbarer Ressourcen und Investitionen in grüne städtische Infrastrukturen deutlich zugenommen. Eine besondere Rolle spielt dabei die Dekarbonisierung des Stromsektors sowie die weitreichende Elektrifizierung von Verkehr, Industrie und Gebäuden, die als entscheidend für ein Gelingen der Energiewende angesehen werden (3).
Die daraus resultierende steigende Nachfrage nach Erneuerbaren Energien, hat die Entwicklung und Implementierung von innovativen Technologien wie Photovoltaik (PV) –Systeme stark vorangetrieben (4). Eine besonders innovative Anwendung von PV-Technologien findet sich in Parkplatzüberdachungen, wo nicht nur umweltfreundlicher Strom erzeugt wird, sondern sich weitere Vorteile herauskristallisieren, die im folgenden Artikel näher erläutert werden.
PV-Überdachungsmöglichkeiten und ihre Vorteile
Überdachungen aus PV-Modulen auf Garagen oder Carports sind nicht mehr aus dem heutigen Stadtbild wegzudenken. Vor allem für private Immobilienbesitzende bieten die Module eine Alternative für eine kostengünstige Möglichkeit der Stromversorgung, sei es für die Stromversorgung im Haus oder für das E-Auto bzw. E-Bike (5).
Jedoch hat die PV-Parkplatzüberdachung ein viel höheres Potenzial, wenn diese auch auf Großraum-Parkplätzen zum Einsatz kommt. Die Parkflächen können, außer zum Parken, zu keinem weiteren Zweck genutzt werden und somit ist es sinnvoll die PV-Überdachung für die regenerative Energieversorgung bei gleichzeitiger Flächennutzung zu ermöglichen, wie in Abbildung 1 dargestellt (6).
Abbildung 1: Großraum-Parkplatz mit PV-Überdachung (6)
Daher hat seit 2022 diese innovative Solarstromerzeugungsalternative auch bei der Errichtung von öffentlichen Parkplatzflächen an Bedeutung gewonnen. In einigen Bundesländern wurde bereits eine Regelung im Klimaschutzgesetz festgelegt, dass neu erbaute Parkplatzflächen mit mehr als 35 Parkmöglichkeiten, wie z. B. Supermarktparkplätze oder Parkplätze für Großgewerbeflächen, mit PV-Anlagen überdacht werden müssen (5).
In Baden-Württemberg, dem ersten Bundesland, das die PV-Anlagen-Pflicht für Parkplatzüberdachungen eingeführt hat, wurde in einer Analyse zusammengefasst, dass ca. 16.600 Parkplätze mit mindestens 35-40 Stellplätzen existieren, die Platz für 2,1 Mio. Fahrzeuge bieten. Eine Überdachung der Hälfte dieser Stellplätze mit PV-Modulen hätte ein Potenzial von 2,4 GW, was etwa 6 % des Solarpotenzials auf Dächern im Land entspricht (5, 6). Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme hat diese Rechnungen auf ganz Deutschland ausgeweitet. Werden die rund 300.000 größeren Parkplatzflächen mit PV-Modulen überdacht, hätten diese eine technische Leistung von 59 GW Peak, die für die Energieversorgung bereitgestellt werden kann (6).
Es zeigt sich, dass PV-Anlagen als Überdachung einen wirtschaftlichen Mehrwert und -nutzen aufzeigen. Der erzeugte erneuerbare Strom kann direkt vor Ort für Ladestationen von Elektrofahrzeugen genutzt werden oder aber auch der Stromversorgung nahegelegener Gebäude dienen und somit den durchschnittlichen Energie-verbrauch stabilisieren und die Abhängigkeit vom Stromnetz verringern (7).
Neben der Erzeugung von sauberem PV-Strom bieten die Überdachungen weitere Vorteile oder Mehrnutzen, wie Witterungsschutz, Kosteneinsparung z. B. beim Winterdienst und Unternehmensimagesteigerung durch umweltfreundliche und moderne Parkplätze (siehe Abbildung 2) (6, 8, 9).
Abbildung 2: Mehrfachnutzen von PV überdachten Parkplätzen (6)
PV-Überdachungsaufbau und -typen
PV-Überdachungen integrieren PV-Zellen, um Sonnenenergie in Strom umzuwandeln. Die Solarmodule erfassen Sonnenlicht, wandeln es in Gleichstrom um und nutzen einen Wechselrichter, um Wechselstrom zu erzeugen. Dieser Strom kann Gebäude, Ladestationen für Elektrofahrzeuge und das Stromnetz versorgen.
Der erzeugte Strom findet vielfältige Verwendungszwecke, darunter die Versorgung von Gebäuden, die Stabilisierung des Energieverbrauchs und die Verringerung der Netzabhängigkeit. PV-Carports bieten auch nachhaltige Energie für das Aufladen von Elektrofahrzeugen, indem sie die Erzeugungskurve der Anlage mit dem Tagesbedarf der Fahrzeuge abstimmen. Überschüssiger Strom kann in Batteriespeichersystemen gespeichert oder ins Netz eingespeist werden, was eine Vergütung ermöglicht.
Die Auswahl des Überdachungs-Typs hängt von Faktoren wie verfügbarer Platz, Energiebedarf, Budget und dem Verwendungszweck der Überdachung ab.
Abbildung 3 zeigt die drei häufigsten Formen von PV-Überdachungen: Mono-Pitch, Duo-Pitch-Vordach und Tonnengewölbe. Bei der Anordnung mit einem Vordach (Mono-Pitch) wird ein einziges schräges Vordach verwendet. Bei der Überdachung mit zwei Neigungen (Duo-Pitch) kommen zwei einander gegenüberliegende Dächer zum Einsatz, was im Vergleich zur Anordnung mit zwei Vordächern eine geringere Stützstruktur erforderlich macht.
Das Tonnengewölbe ist eine spezielle Konstruktion, die eine gebogene, tonnenartige Form aufweist. Sie besteht aus einer Reihe von bogenförmig angeordneten Konstruktionselementen bzw. gewölbten Modulen. Diese Krümmung des Vordachs bietet praktische Vorteile wie einen besseren Abfluss von Regenwasser und eine optimierte Sonneneinstrahlung (10).
Abbildung 3: Design verschiedener Überdachungs-Vordächer als a) Mono-Pitch-Vordach, b) Duo-Pitch-Vordach, und c) Tonnengewölbe-Vordach (6)
Wie in Abbildung 4 dargestellt, besteht der allgemeine Aufbau einer PV-Überdachung hauptsächlich aus dem PV-System, dem bidirektionalen AC-DC-Wandler, den Batterien, dem Stromnetz und den Elektrofahrzeugen.
Abbildung 4: Schema einer solarbetriebenen und mit dem Stromnetz verbundenen Ladestation für Elektrofahrzeuge (6)
Praxisumsetzungen von PV-Dächern
Es gibt weltweite Projekte, die die Installation von PV-Systemen auf Parkplatzüberwachungen umgesetzt haben. Der Cochin International Airport in Indien ist weltweit der erste Flughafen, der seit August 2015 vollständig mit Solarenergie betrieben wird (2,67 MW) (Abbildung 5). Die Anlage besteht aus 27 Parkplatzüberdachungen mit 8.472 PV-Modulen, die jährlich bis zu 1.9 t CO2 kompensiert (10).
Abbildung 5: Coachin International Airport (10)
Doch muss gar nicht so weit geschaut werden, da auch in Deutschland PV-Anlagen für Parkplätze in die Praxis umgesetzt werden. Im Baden-Württembergischen Kippenheim bei Lahr wird auf dem Parkplatz des Automobillogistik Unternehmens Mosolf eine 20 h große PV-Anlage errichtet, die nach Fertigstellung ca. 25 GWh Strom im Jahr produzieren soll (Abbildung 6). Die Anlage soll 2024 in Betrieb genommen werden und die Hälfte des Europa-Parks in Rust mit erneuerbarem Strom versorgen (11).
Abbildung 6: Geplante Fläche der PV-Anlage für die Stromversorgung des Europa-Parks in Rust (11)
Fazit
PV-Überdachungen stellen eine innovative Lösung dar, die die Vorteile von erneuerbarer Energieerzeugung und Elektromobilität miteinander verknüpft. Sie bieten nicht nur Schutz für Fahrzeuge vor Sonne und Witterung, sondern auch die Möglichkeit, sauberen PV-Strom zu erzeugen. Durch die Integration von Ladestationen wird das direkte Aufladen von Elektrofahrzeugen ermöglicht. PV-Überdachungen erzeugen nicht nur erneuerbaren Strom, sondern können durch die Möglichkeit, überschüssige Energie ins Netz einzuspeisen oder für die eigene Nutzung zu speichern-, auch wirtschaftliche Vorteile schaffen.
Es ist zu erwarten, dass mit der technischen Entwicklung die Batterien der geparkten Elektrofahrzeuge eingespeisten Strom auch wieder abgeben können und durch bidirektionales Laden flexibel Strom zwischengespeichert werden kann. Somit können PV-Überdachungen in Kombination perspektivisch auch eine netzstabilisierende Funktion erfüllen.
Ebenfalls sind sie gerade in Städten ein geeignetes Mittel, bereits bestehende Flächennutzungen sinnvoll zu ergänzen und die für die Elektrifizierung des Verkehrssektors erforderliche Kapazität Erneuerbarer Energien bereitzustellen. Sie haben das Potential, unsere Städte sauberer, energieeffizienter und zukunftsfähiger zu gestalten und die Entwicklung einer umweltfreundlichen und emissionsfreien Mobilität in Städten zu beschleunigen.
Autorin: Özge Nicotra
QUELLEN:
(1) Amado, M., & Poggi, F. (2014): Solar energy integration in urban planning: GUUD model. Verfügbar unter: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187661021400770X#bibl0005 (abgerufen am 30.07.2023)
(2) Alghamdi, Abdulsalam & Bahaj, AbuBakr & Wu, Phil. (2017): Assessment of Large Scale Photovoltaic Power Generation from Carport Canopies. Verfügbar unter: https://www.mdpi.com/1996-1073/10/5/686 (abgerufen am 01.08.2023)
(3) Vandewetering, N., Hayibo, K. S., & Pearce, J. M. (2022): Open-Source Photovoltaic—Electrical Vehicle Carport Designs. Verfügbar unter: https://www.mdpi.com/2227-7080/10/6/114 (abgerufen am 30.07.2023)
(4) Brenna, M., Dolara, A., Foiadelli, F., Gafaro, L., Leva, S., & Longo, M. (2015): Solar energy exploitation for charging vehicles. Verfügbar unter: https://re.public.polimi.it/bitstream/11311/970648/2/full9b0_408234.pdf (abgerufen am 01.08.2023)
(5) Kühl,A. (2023): Photovoltaik für Parkplätze und Garagen. Verfügbar unter: https://www.energynet.de/2023/02/02/photovoltaik-parkplaetze-garage/ (abgerufen am 30.08.2023)
(6) Solaranlagen-Ratgeber (2023): Photovoltaik auf Parkplätzen. Verfügbar unter: https://www.solaranlage-ratgeber.de/photovoltaik/photovoltaik-voraussetzungen/photovoltaikanlage-aufstellmoeglichkeiten/photovoltaik-auf-parkplaetzen (abgerufen am 30.08.2023)
(7) Fakour, H., Imani, M., Lo, S. L., Yuan, M. H., Chen, C. K., Mobasser, S., & Muangthai, I. (2023). Evaluation of solar photovoltaic carport canopy with electric vehicle charging potential. Verfügbar unter: https://www.nature.com/articles/s41598-023-29223-6 (abgerufen am 01.08.2023)
(8) Alghamdi, A. S., Bahaj, A. S., & Wu, Y. (2017). Assessment of large scale photovoltaic power generation from carport canopies. Verfügbar unter: https://pdfs.semanticscholar.org/8b4f/702bd7f87ea32b3beff9cc4e6e08eefe6dbb.pdf (abgerufen am 27.07.2023)
(9) Ost (2023): Everything You Need to Know About Solar Carports. Verfügbar unter: https://www.solar.com/learn/everything-you-need-to-know-about-solar-carports/ (abgerufen am 31.07.2023)
(10) Al Siyabi, Idris & Mayasi, Arwa & Shukaili, Aiman & Khanna, Sourav. (2021). Effect of Soiling on Solar Photovoltaic Performance under Desert Climatic Conditions.
(11) Fakour, H., Imani, M., Lo, S. L., Yuan, M. H., Chen, C. K., Mobasser, S., & Muangthai, I. (2023). Evaluation of solar photovoltaic carport canopy with electric vehicle charging potential. Verfügbar unter: https://www.nature.com/articles/s41598-023-29223-6 (abgerufen am 01.08.2023)
(12) Maisch, M. (2017): India: Tata Power Solar Commissions 2.67 MW solar carport porject. Verfügbar unter: https://www.pv-magazine.com/2017/07/25/india-tata-power-solar-commissions-2-67-mw-solar-carport-projecta-total-of-27-carports-at-indias-cochin-international-airport-the-first-airport-in-the-world-to-run-completely-on-solar-power/ (abgerufen am 30.08.2023)
(13) Jüngst, I. (2022): Der Automobillogistiker Mosolf und der Freizeitpark Europa-Park gehen eine ungewöhnliche Energie-Kooperation ein. Wie diese aussieht und Warum sie nur indirekt mit Pkw zu tun hat. Verfügbar unter: https://www.eurotransport.de/artikel/automobillogistiker-ruestet-parkplaetze-auf-mosolf-liefert-strom-fuer-europa-park-11217374.html (abgerufen am 30.08.2023)
