PV2Float - Technologieentwicklung für schwimmende PV-Kraftwerke und deren Implementierung zum Einsatz auf künstlichen Gewässern; Teilvorhaben: Gewässerökologische Begleitung

Abstract

Durch die Energiewende ist in Deutschland das Interesse an der Einbeziehung von Gewässern in die Gewinnung regenerativer Energien stark gestiegen. Eine Möglichkeit hierzu besteht in der Installation schwimmender Solaranlagen (FPV) auf Seen. Ein Hemmnis des Einsatzes der Technologie stellen die bisher unzureichenden Kenntnisse der gewässerökologischen Auswirkungen der Abdeckung der Wasseroberfläche durch Solarmodule dar. Ziel des Forschungsvorhabens war es daher, durch umfassende Untersuchungen an einem tiefen, eutrophen Tagebausee, auf dem drei kleinere FPV-Versuchsanlagen installiert wurden, die Auswirkungen der Anlagen auf den Wärme- und Stoffhaushalt des Sees sowie auf das Plankton zu ermitteln. Ergänzt wurden die Untersuchungen am Gewässer durch Modellierungen des Sees zu Veränderungen des Temperatur- und Sauerstoffhaushalts bei unterschiedlichen Graden der Abdeckung der Seeoberfläche. Im Hinblick auf Temperaturveränderungen war primär eine leichte Abkühlung der oberflächennahen Wasserschicht zu verzeichnen. Die grundlegenden limnophysikalischen Eigenschaften des Sees änderten sich dadurch nicht. Auf andere physikalische und chemische Parameter hatten die FPV-Anlagen überwiegend keinen nachweisbaren Einfluss. Beim Plankton zeigten sich deutliche Effekte insbesondere bei den Cyanobakterien, die sich besser an schwächere Lichtbedingungen anpassen konnten als andere Arten. Aus den Modellierungsergebnissen ist abzulesen, dass Abdeckungen der Seeoberfläche >15% bei eutrophen Seen negative Auswirkungen auf den Sauerstoffhaushalt haben können. Die Ergebnisse können Genehmigungsbehörden und Planern eine Erweiterung der Grundlagen zum umweltverträglichen Einsatz von FPV-Anlagen bieten. As a result of the energy transition, interest in utilising water bodies for the generation of renewable energy has risen also in Germany. One way of achieving this goal is the installation of floating photovoltaic (FPV) plants on lakes. A barrier to the deployment of this technology is the as yet insufficient understanding of the ecological impacts of covering the water’s surface with solar modules. The aim of the research project was therefore to determine, through comprehensive investigations of a deep, eutrophic mining lake – on which three small-scale FPV pilot systems were installed – the effects of FPV on the lake’s energy and element budget, as well as on its plankton. The field investigations were supplemented by modelling of the lake to assess changes in the temperature and oxygen budget at different levels of surface coverage. With regard to temperature changes, a slight cooling of the water layer near the surface was primarily observed. The fundamental limnophysical properties of the lake were not altered. The FPV plants had no detectable influence on most of the other physical and chemical parameters. With regard to the plankton, distinct effects were observed especially in cyanobacteria, which were able to adapt better to lower light conditions than other species. The modelling results indicate that, in eutrophic lakes, coverage of the lake surface exceeding 15 per cent can have a negative impact on the oxygen budget. The findings of the project can provide regulatory authorities and planners with further guidance on an environmentally sound use of FPV systems.