Solarenergie sticht in See

Von Peter Ringel

Schwimmende Solarmodule zwischen Offshore-Windrädern – diese Idee hat aus gleich mehreren Gründen Charme. Zum einen stünden auf einen Schlag große Flächen für die Fotovoltaik zur Verfügung, wenn sich Solarparks auf dem Wasser etablieren. Zum anderen ließen sich die teuren Stromnetzanbindungen von Offshore-Windparks effizienter nutzen. Laut dem Übertragungsnetzbetreiber Tennet sind die Leitungen ans Festland im Schnitt nur zu rund 40 Prozent ausgelastet. Werden neben Windrädern auch Solarkraftwerke daran angeschlossen, steigt die Auslastung, wodurch die Kosten pro erzeugter Kilowattstunde Strom sinken.

Die Quellen ergänzen sich: Viel Sonne heißt oft wenig Wind – und umgekehrt

Von „hybriden Energieparks“ ist in der Fachwelt die Rede. Sie bringen auch aus meteorologischer Sicht Vorteile mit sich, erklärt Wilfried van Sark, Professor an der Universität Utrecht, im EnergieWinde-Gespräch: „Historische Wetterdaten zeigen eine negative Beziehung zwischen dem Stromertrag von Wind und Sonne.“ Heißt: Bei starkem Wind ist der Solarertrag oft niedrig, bei einer Flaute dagegen hoch. Die beiden Energiequellen ergänzen sich also. Ohne in zusätzliche Stromleitungen zu investieren, könnten hybride Parks mehr Ökostrom an Land bringen.

Wie sich Wind und Fotovoltaik auf See möglichst wirtschaftlich kombinieren lassen, hat van Sark mit weiteren Autoren am Beispiel des Windparks Borssele I und II vor der niederländischen Küste untersucht. Der Park wird vom Energiekonzern Ørsted betrieben, der auch das Portal EnergieWinde finanziert. Das Ergebnis der Studie: Optimal wäre es, den Windpark mit 750 Megawatt durch Solarkraftwerke mit zusammen 300 Megawatt maximaler Leistung zu ergänzen. Die Auslastung der Netzanbindung könnte so auf mehr als 60 Prozent steigen. Für die Studie wurden die Wetterdaten des Jahres 2006 zugrunde gelegt. Nur 1,7 Prozent des erzeugten Solarstroms würden demnach nicht an Land gelangen, weil die Leitung bereits mit Windstrom ausgelastet ist. Das ist immer dann der Fall, wenn die Turbinen bei sonnigem Wetter und gutem Wind unter Volllast laufen.

Auf Binnengewässern ist Fotovoltaik bereits etabliert. Dort liefern Solarmodule sogar mehr Strom als etwa auf einem Dach. Grund ist der kühlende Effekt des Wassers, der dafür sorgt, dass die Module effizienter arbeiten.

Bei den rauen Bedingungen auf See ist eine schwimmende Installation allerdings deutlich anspruchsvoller. Sie muss hohen Wellen und Stürmen standhalten. Durch Meerwasser und Salznebel droht zudem Korrosion. „Die Solarmodule und Kabelverbindungen müssen so gekapselt werden, dass sie dauerhaft geschützt sind“, betont van Sark. „Ich bin zuversichtlich, dass es gelingt, Fotovoltaiksysteme zu entwickeln, die auch offshore eine lange Lebensdauer haben.“ Mittlerweile gebe es mit Anlagen auf See viel Erfahrung, die sich auch für Fotovoltaik nutzen lasse. Bis die Technik ausgereift ist, besteht laut dem auf die Integration von Fotovoltaik spezialisierten Professor aber noch großer Entwicklungsbedarf.

Erste Start-ups wagen sich aufs Wasser. Ihre Konzepte unterscheiden sich stark

In den Niederlanden und in Belgien wagen sich Start-ups und Konsortien mit Pilotprojekten bereits aufs Meer. Die Solarmodule sind auf Plattformen installiert, die am Meeresboden verankert sind. Anlagen wie die von Seavolt oder Solarduck ragen weit aus dem Wasser. Oceans of Energy setzt dagegen auf flache Installationen nahe der Oberfläche. „Das Konzept hat den Vorteil, dass der Wind wenig Angriffsfläche hat“, meint van Sark. Nach Angaben des Unternehmens könne das Design sogar starken Stürmen standhalten, wie sich beim wie dem Orkan Eunice vor zwei Jahren gezeigt habe. (In Deutschland hieß der Sturm Zeynep.)

Allard van Hoeken, Gründer von Oceans of Energy und einer der Autoren der genannten Studie, nutzt gern das Bild des Seerosenblatts, um das Verhalten der beweglich gekoppelten Plattformelemente zu beschreiben. Eine 50-Kilowatt-Anlage, die vor vier Jahren installiert wurde, habe 13 Meter hohe Wellen, 62 Knoten Wind und vier Knoten Tideströmung überstanden.

Oceans of Energy ist an einem von der EU geförderten Projekt beteiligt, das auf deutlich größere Anlagen zielt. Gemeinsam wollen 16 Industrie- und Forschungspartner die Machbarkeit von 150-Megawatt-Solarkraftwerken demonstrieren, die sich in Windparks installieren lassen. Die niederländische Regierung fördert Offshore-Fotovoltaik ebenfalls. Ihr Klimafonds sieht 44,5 Millionen Euro für Forschung und Entwicklung vor, um das Ziel von drei Gigawatt bis 2030 zu erreichen.

Vorausgesetzt, dass sich die technischen Herausforderungen lösen lassen – wie groß ist das Potenzial von Offshore-Fotovoltaik? In den um Risikokapital bemühten Start-ups ist die Rede von vielen Gigawatt. Tatsächlich bieten Windparks theoretisch mehr als genug Fläche, um Fotovoltaikanlagen zu ergänzen. Ohne Wartungsschiffe zu behindern, wäre etwa zwischen den 94 Turbinen von Borssele Platz für rund 7,5 Gigawatt Solarleistung.

Dazu wäre allerdings eine Netzanbindung mit so großer Kapazität nötig, dass das Projekt kaum rentabel wäre. Selbst bei den geplanten Zwei-Gigawatt-Anbindungen von Windparks in der Nordsee wäre ein derartiges Solarfeld überdimensioniert.

Zu groß dürfen die Solaranlagen nicht sein – sonst werden sie unrentabel

Wirtschaftlich könnten hybride Energieparks dann sein, wenn das Verhältnis zwischen Wind- und Solarleistung etwa in dem Bereich liegt, der für Borssele als ideal errechnet wurde: 750 Megawatt Wind- und 300 Megawatt Solarkapazität. Der Windpark ist mit einem 700-Megawatt-Kabel ans Festland angebunden. Würde man die Solarkapazität auf 900 Megawatt steigern, könnten der Studie zufolge aufgrund ausgelasteter Leitungen schon 6,7 Prozent des Stroms nicht mehr abtransportiert werden.

Neben den technischen und ökonomischen Fragen sind allerdings noch weitere zu klären. Die ökologischen Folgen der Verschattung des Meeres durch große Fotovoltaikanlagen etwa sind kaum untersucht. Und der Netzbetreiber Tennet weist auf Anfrage darauf hin, dass die Kabel zu Offshore-Windparks bisher auch aus technischen Gründen nicht voll ausgelastet sind. Würden sie dauerhaft zu 100 Prozent betrieben, bräuchten sie einen größeren Leiterquerschnitt. Das wiederum würde die Kosten erhöhen. Hinzu komme eine rechtliche Frage: Die Kabel dürfen die obersten 20 Zentimeter des Meeresbodens in der Ausschließlichen Wirtschaftszone Deutschlands (AWZ) um maximal zwei Grad erwärmen. Doch je stärker die Kabel ausgelastet sind, desto wärmer werden sie.

Solarmodulen in Offshore-Windparks sind damit Grenzen gesetzt. Dass sie grundsätzlich Potenzial besitzen, steht allerdings außer Frage.