Der schnelle und massive Ausbau der Erneuerbaren Energien ist heute wichtiger denn je. Mit Strom aus Erneuerbaren Energien erreichen wir die Klimaziele und werden auch unabhängiger von fossilen Energieträgern und damit von Energieimporten aus Russland. Klar ist: Die Photovoltaik (PV) ist eine der zentralen Säulen des neuen Energiesystems.

Entsprechend ambitioniert sind die Ausbauziele der Bundesregierung: Bis 2030 sollen 215 Gigawatt (GW) Photovoltaik installiert werden. Daraus folgt ein notwendiger jährlicher Zubau von durchschnittlich 22 GW installierter Leistung. Das stellt alles in den Schatten, was wir an Zubau bisher gesehen haben. In den letzten beiden Jahren lag dieser lediglich bei etwa 5 GW installierter Leistung pro Jahr. Wir brauchen also einen echten PV-Boom!

Die Politik muss jetzt bestehende Hemmnisse schnell ausräumen, Planungs- und Genehmigungsprozesse beschleunigen und klare, zukunftsgerichtete Rahmenbedingungen schaffen, die die notwendigen Investitionen ermöglichen. Im Osterpaket sind erste Weichen gestellt, es braucht aber mehr, um den benötigten massiven PV-Ausbau zu entfesseln. Ein Bremsklotz ist nach wie vor die Genehmigung von Flächen. So wird die Errichtung von PV-Anlagen häufig auf Länderebene pauschal ausgeschlossen – beispielsweise in Landschaftsschutzgebieten. Dieser europarechtlich nicht geforderte, pauschale Ausschluss muss begrenzt werden, wenn wir die Ausbauziele erreichen wollen.  Außerdem müssen die so genannten benachteiligten Gebiete, die für die Landwirtschaft kaum Erträge liefern, zügig in allen Bundesländern für die Nutzung von PV geöffnet werden. Flächenkonkurrenzen können auch durch innovative Anlagen wie Agri-PV oder schwimmende PV reduziert werden. Sie müssen stärker in den Fokus genommen werden.

Weitere wichtige Stellschrauben sind regulatorische und bürokratische Vereinfachungen für Prosuming und Mieterstrom. Die Absenkung der EEG-Umlage auf null und die Umgestaltung der Umlagensystematik sind erste Schritte hierfür. Wichtig wären aber auch eine papierlose, digitale Antragstellung und eine „One-Stop“-Anmeldung beim Marktstammdatenregister der Bundesnetzagentur, die sämtliche weitere Anmeldungen ersetzt.“

Quelle: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.

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Das Vorhaben der Bundesregierung bewertet der NABU grundsätzlich als positiv. Notwendig sind nun schnelle konkrete Schritte für mehr Solaranlagen auf versiegelten Flächen und besonders auf den vielen ungenutzten Dächern. Den Fahrplan für mehr Solardächer bleibt das zuständige Bundesbauministerium bisher schuldig. Aus Sicht des NABU müssen hierzu noch in diesem Sommer Maßnahmen beschlossen werden, die den Solar-Booster für öffentliche und private Gebäude auslösen.

Bei den Solarparks in der Fläche ist mehr Bewegung erkennbar. Wie sie im Einklang mit der Natur gebaut werden können und dass Synergieeffekte möglich sind, zeigt der Umweltverband in seinem heute veröffentlichten Positionspapier „Solarparks naturverträglich ausbauen“.

NABU-Präsident Jörg-Andreas Krüger: „Solarparks können einen wichtigen und naturverträglichen Beitrag zu einer unabhängigen Energieerzeugung liefern. Das ambitionierte Ausbauziel der Bundesregierung sollte mit Bedacht umgesetzt werden, damit die Energiewende vorankommt. Gleichzeitig muss klar sein, dass solche Anlagen auch immer einen Eingriff in die Landschaft darstellen und natürliche Lebensräume beeinträchtigen können.“

Durch eine naturverträgliche Standortwahl und Ausgestaltung der Anlagen lassen sich Nachteile vermeiden oder zumindest erheblich reduzieren. Dazu gehören neben ausreichend großen Abständen zwischen den Modulen auch Gestaltungsmaßnahmen wie Gehölzinseln, Teiche oder Steinhaufen. Durchlässe im Zaun können unter anderem Feldhasen einen Zugang bieten. Korridore innerhalb großer Solarparks lassen größere Tiere wie Rotwild weiter wandern.

Aus Sicht des NABU bieten Solarparks auch die Chance, die Artenvielfalt und damit die Biodiversität auf zuvor artenarmen Flächen zu erhöhen. Das gilt insbesondere dann, wenn die im Positionspapier zugrunde gelegten Kriterien berücksichtigt werden. Beispielsweise bieten in einer zersiedelten und intensiv genutzten Landschaft Solarparks der Natur im Vergleich zu anderen Nutzungen wie etwa dem Anbau von Energiepflanzen wie Mais mehrere Vorteile.

„Dass in Solarparks auf Düngemittel und Pestizide verzichtet wird, ist positiv für die Artenvielfalt. Generell sollten für den Bau Offenlandstandorte ohne ökologischen Mehrwert bevorzugt werden“, erläutert NABU-Energieexpertin Tina Mieritz. „Die meisten Schutzgebiete sowie Wälder, Gewässer und intakte Moore sollten nicht in dieser Form genutzt werden.“

Das gilt insgesamt für die Vorschläge im Osterpaket für den Ausbau der erneuerbaren Energien. Klimaschutz und Naturschutz dürfen nicht gegeneinander ausgespielt werden. Der beschleunigte Ausbau muss daher zwingend auf konfliktarme Standorte sowie versiegelte Flächen gelenkt werden, um Hotspots für die Biodiversität künftig von erneuerbaren Energien freizuhalten.

Quelle: NABU

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Salz statt Öl als Wärmeträgermaterial für höhere Wirkungsgrade
Kommerzielle Parabolrinnenkraftwerke auf heutigem Stand der Technik nutzen ein spezielles Thermoöl als Wärmeträgermedium. Das Öl nimmt von Spiegeln konzentrierte Solarstrahlung auf, wandelt diese in Wärme um und leitet sie über Rohrleitungen an einen Wärmespeicher oder eine Dampfturbine zur Stromerzeugung weiter. Der mit Salzschmelze gefüllte Wärmespeicher kann die Wärme bei Temperaturen von bis zu 560 Grad Celsius für eine Dauer von zwölf Stunden vorhalten und bei steigender Stromnachfrage wieder abgeben. Für das Übertragen der Wärme vom Öl in den Speicher benötigt das Kraftwerk Wärmetauscher. Dabei geht jedoch ein Teil der Wärmeenergie für die spätere Umwandlung in Strom verloren. Zudem begrenzt die maximal mögliche Einsatztemperatur des Öls von etwa 400 Grad Celsius den Wirkungsgrad der Energieumwandlung. Forschung und Industrie suchen daher nach Wegen, die Temperaturen in Solarkraftwerken weiter zu erhöhen, um so die Kosten der Stromerzeugung zu senken.

Eine vielversprechende Möglichkeit, die Temperaturen in Parabolrinnenkraftwerken zu erhöhen, ist die Nutzung von Salzschmelze nicht nur als Wärmespeichermedium, sondern auch als Wärmetransportmedium im Kollektorfeld. Je nach Zusammensetzung der Salzschmelze kann sie mit bis zu 565 Grad Celsius deutlich höhere Temperaturen aufnehmen als Thermoöl. Ein weiterer Vorteil: Die Speicher können direkt mit der Salzschmelze aus dem Solarfeld befüllt werden und der bisher erforderliche Wärmetauscher entfällt.

Eine technische Herausforderung bei der Nutzung von Salzschmelze als Wärmeträgerfluid ist die Begleitheizung aller Rohrleitungen: Damit die heiße Salzschmelze bei Befüllung der Anlage nicht erstarrt, müssen elektrische Begleitheizungen alle salzführenden Bauteile vorheizen.

Erstbefüllung und Testbetrieb der Anlage bei 300 Grad Celsius erfolgreich
Ausgehend von einer Starttemperatur von 300 Grad Celsius wollen die Ingenieure und Ingenieurinnen die Betriebstemperatur sukzessive auf 500 Grad Celsius erhöhen. Höhere Temperaturen im Solarfeld ermöglichen höhere Wirkungsgrade bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme und von Wärme in Strom, wodurch die Stromgestehungskosten sinken.

Dr. Jana Stengler, Leiterin der Gruppe Fluidsysteme im DLR-Institut für Solarforschung, sagte zu den Ergebnissen des ersten Tests: „Wir sind sehr zufrieden mit dem Verlauf der ersten Befüllung. Nun ist das nächste Ziel, Betriebserfahrung zu sammeln, um Schritt für Schritt alle weiteren Komponenten mit Salzschmelze zu befüllen, den Regelbetrieb und auch kritische Betriebssituationen zu erproben.“

Förderer und Projektbeteiligte
Das Forschungsprojekt ist Bestandteil des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Forschungsprojektes „High Performance Solar 2“. Begleitet wird das Projekt dabei durch den Projektträger Jülich PtJ. Neben dem DLR sind TSK Flagsol, YARA, Rioglass, Steinmüller Engineering, eltherm und RWE am Projekt beteiligt. Die Universität Évora als Eigentümer der Évora Molten Salt Platform (EMSP) unterstützt den Aufbau und Betrieb der Anlageninfrastruktur mit Betriebspersonal und wissenschaftlichen Mitarbeitern.

Quelle: DLR

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Umweltstaatssekretär Jochen Flasbarth: „Auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045 benötigen wir deutlich mehr Erneuerbare Energien. Beim Ausbau der Erneuerbaren Energien brauchen wir viel mehr Kreativität, wie wir Nutzungskonflikte bei den verfügbaren Flächen auflösen können. Deshalb ist die Erprobung von Mehrfachnutzungen von landwirtschaftlicher Produktion und darüberliegender Photovoltaik eine innovative Lösung mit viel Zukunftspotenzial. Bei dem Vorhaben der Steinicke GmbH wird die Agro-Photovoltaik erstmals in großtechnischem Maßstab umgesetzt. Das ist eine Win-Win-Situation für das Klima, für eine zukunftsfähige Landwirtschaft und die Lebensmittelerzeugung.“

Konventionelle Freiflächen-Photovoltaikanlagen werden bodennah erichtet. Die bebaute Fläche ist dann für eine andere Verwendung, wie z.B. die landwirtschaftliche Nutzung, nicht mehr geeignet. Um diesen Flächenkonflikt aufzulösen, plant das Unternehmen die erstmalige Errichtung einer Agro-Photovoltaikanlage (APV) in großtechnischem Maßstab. Eine höhere Aufständerung und größere Reihenabstände zwischen den einzelnen Modulen ermöglichen es, die Fläche zusätzlich für die landwirtschaftliche Bestellung auch mit landwirtschaftlichen Maschinen zu nutzen. Hierzu sollen auch neue  Anbauverfahren zum Einsatz kommen.

Außerdem verfügt die Agro-Photovoltaikanlage über zweiseitige Zellen, die das einfallende Licht nicht nur über die Vorder-, sondern auch über die Rückseite nutzen, und erzeugt so im Vergleich zu konventionellen Photovoltaikanlagen einen höheren Stromertrag. Der  Strom soll für den Eigenbedarf, wie z.B. den Trocknungsprozess, eingesetzt werden. Darüber hinaus wird der Boden unter den Modulen von diesen beschattet, was weitere positive Effekte mit sich bringt, zum Beispiel den Erhalt der Bodenfeuchtigkeit und die Verringerung der Erosion und des Wasserverbrauchs. Unterhalb der PV-Anlage entsteht so eine Bodenstruktur mit günstigem Mikroklima, was einen Beitrag für eine umwelt- und klimafreundliche und damit zukunftsfähige Landwirtschaft darstellt.

Über das Umweltinnovationsprogramm:
Mit dem Umweltinnovationsprogramm wird die erstmalige, großtechnische Anwendung einer innovativen Technologie gefördert. Das Vorhaben muss über den Stand der Technik hinausgehen und sollte Demonstrationscharakter haben. Weitere Informationen zum Förderprogramm unter: http://www.umweltinnovationsprogramm.de

Quelle: BMU

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Die in Originalgröße getesteten Masten sind für ein Sonnensegel vorgesehen. Sonnensegel wandeln mit Hilfe von spiegelnden Membranen Sonnenlicht in Schub um und können als Antrieb für Satelliten genutzt werden. Die hier geplante Segelgröße von 500 Quadratmeter kann einen Schub von etwa 0,5 Gramm erzeugen (zum Vergleich: eine einzelne Erdnuss wiegt circa 1,5 Gramm). Auch wenn der Schub von 0,5 Gramm verhältnismäßig klein ist, wirkt er ohne Unterbrechung auf die Segel und kann so beispielsweise einen 25 Kilogramm schweren Kleinsatelliten innerhalb von einem Jahr auf 20900 Kilometer pro Stunde beschleunigen. Mit diesem stetigen „Antrieb“ könnten Sonnensegel nicht nur bei heutigen Missionen zum Einsatz kommen, sondern bei entsprechender Größe der Sonnensegel sogar Missionsdauern ermöglichen, die heute noch nicht umgesetzt werden können. Dabei verfügen sie nicht nur über ein langes Zeitfenster bei ihrem Einsatz, sondern haben noch einen weiteren, entscheidenden Vorteil: Sie benötigen für ihren Antrieb kein einziges Gramm Treibstoff.

Kompakt, leicht und leistungsfähig
Mit dem Kooperationsprojekt JDSS/DCB (Joint Deployable Space Structures/Deployable Composite Boom) greifen DLR und NASA die Möglichkeiten zunehmend verfügbarer entfaltbarer Strukturen auf, die die sich mit fortschreitender Miniaturisierung von Elektronikkomponenten und Sensorik bieten. Bisher konnten die verfügbaren Strukturtechnologien nicht mit der Miniaturisierung mithalten und waren für größere Systeme ausgelegt. Gerade in Bezug auf Masse, Stauvolumen und Steifigkeitsanforderungen kommen die herkömmlichen Technologien beim Einsatz auf kleinen Satelliten schnell an ihre Grenzen. Im Projekt ist das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik vorrangig für die Entwicklung einer kompakt verstaubaren und entfaltbaren Struktur für flache Kommunikations- und Radarantennen sowie Solar-Arrays zuständig, während die NASA für die Entwicklung und Herstellung der CFK-Booms zuständig ist. Gemeinsam erfolgte die Erprobung der Technologie bei den Versuchen im Braunschweiger DLR-Hangar. Langfristiges Ziel der Kooperation ist eine Mission, bei der die entwickelten entfaltbaren Strukturen im Weltall getestet werden, um so die Funktionstüchtigkeit unter realistischen Bedingungen nachzuweisen.

Schritt für Schritt zum weltraumtauglichen System
Die erfolgreich getesteten entfaltbaren Masten haben einen durch zwei omegaförmige Halbschalen geformten, geschlossenen Querschnitt. Aufgrund dieses besonderen Querschnitts weist solch ein Mast hohe Biegefestigkeiten sowie eine hohe Torsionssteifigkeit auf. Dadurch kann er sehr hohe Lasten aufnehmen, ohne zu knicken. Zudem erlaubt der Mast den Aufbau eines hocheffizienten „Rückgrats“ für das gespannte Sonnensegel. Beim Aufrollen auf einer Spindel werden die beiden Halbschalen zusammengedrückt, so dass der Mast flach wird. Für den Test wurden insgesamt vier 13,5 Meter lange Masten aufgerollt und anschließend kreuzförmig ausgerollt, so dass sie ihren omegaförmigen Querschnitt wieder einnehmen konnten und dadurch ihre mechanischen Eigenschaften zurückerhielten. „Diesen entscheidenden Vorgang des Auf- und wieder Ausrollens, konnten wir in unserem Test erfolgreich ausführen“, sagt Projektleiter Marco Straubel vom Braunschweiger DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik. „Damit haben wir bestätigt: Es ist möglich aus einer kleinen Box heraus durch die entfaltbaren Masten ein großes Sonnensegel völlig autonom aufzuspannen.“

Schon 2009 gab es im DLR erste Versuche zu entfaltbaren Masten für Satelliten. Seit 2017 arbeiten DLR und NASA im Kooperationsprojekt JDSS/DCB zusammen. Im nächsten Schritt wird die entfaltbare Konstruktion auf einem DLR-Parabelflug im Sommer 2021 unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit getestet. Im Anschluss ist das System ausreichend für den nächsten logischen Schritt qualifiziert – den Test im Erdorbit.

Die ECSSMET
Die 16. ECSSMET (European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Environmental Testing) findet vom 23. bis 25. März 2021 erstmalig virtuell statt. Konstrukteure, Analysten und Testingenieure von Weltraumstrukturen setzen sich in diesem Jahr nicht nur mit neuen Subsystemen auseinander, sondern erörtern auch die Themen, die in naher Zukunft eine wichtige Rolle in der Raumfahrt spielen werden: effizientere Trägerraketen, 3D-Druck im Orbit und Wiedereintrittsvorhersagen für Weltraumschrott. Sie wird alle zwei Jahre im Wechsel von der ESA, CNES und dem DLR organisiert.

Quelle: DLR

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In urban verdichteten Räumen sind die Dächer von Gebäuden häufig das einzig nennenswerte Potential, um Erneuerbare Energie zu nutzen. Wie bekommt man mehr Solaranlagen auf die Dächer war deshalb eine der zentralen Fragen der Praxiswerkstatt „Solare Stadt“. Dazu präsentierten mehrere Städte sehr unterschiedliche Projekte und Instrumente: Das Projekt der Stadt Freiburg „Dein Dach kann mehr“ baut auf ein breites Spektrum von Öffentlichkeitsmaßnahmen kombiniert mit einem Förderprogramm. Dadurch konnte der Trend sinkender Installationszahlen umgekehrt werden. Die Stadt Tübingen stellte das Instrument einer Solarpflicht für Neubauten vor. Neu dabei ist die „Umkehr der Beweislast“: Aus der Pflicht wird nur entlassen, wer nachweist, dass die Nutzung von Photovoltaik-Strom auf dem eigenen Dach unwirtschaftlich ist.

In der Gesamtschau aller Projekte wurde die Bedeutung der Information und Kommunikation als Voraussetzung für eine Motivation zur Installation von Solaranlagen sehr deutlich. Die Vorteile der Nutzung der Solarenergie müssen sowohl unter ökologischen als auch unter ökonomischen Aspekten stärker in den Vordergrund gestellt werden. Die Kommunalvertreterinnen und -vertreter machten außerdem deutlich, dass der aktuelle gesetzliche Rahmen nicht zielführend sei. Dieser müsse zügig auf die kommunalen Bedürfnisse ausgerichtet werden, so die Forderung nach Berlin.

Prof. Peter Droege, Präsident von EUROSOLAR e.V., stellte heraus: „EUROSOLAR verfolgt seit 25 Jahren eine konsequente Solarstadtagenda. Aus gutem Grund, denn Städte verbrauchen die Hälfte der weltweiten Endenergie. Als Gemeinschaften, räumliche Systeme und wirtschaftliche Zentren sind sie zwar seit Jahrzehnten die Hotspots von Energieaktionen. Doch waren leider viele in ihren Erneuerbare-Energien-Programmen beschränkt. Das ändert sich gerade: Beschleunigte Klimaerhitzung, massive fossile und nukleare Kosten sowie steigende finanzielle Brüchigkeit im System treibt die große Wende zur Solarstadt voran – die Heimat unserer Kinder und all derer, die gegen das Aussterben irdischen Lebens kämpfen.“

Dr. Ute Zolondek, Leiterin des Amtes für Umwelt, Verbraucherschutz und Lokale Agenda der Bundesstadt Bonn, stimmte die Teilnehmenden zu Beginn ein: Das Ziel der Werkstatt sei es, voneinander zu lernen, denn: „Die zweite Auflage des Solardachkatasters der Stadt zeigt, dass 50 Prozent des Bonner Strombedarfs mit Solarstrom gedeckt werden könnten. Doch im Augenblick wird nur ein Prozent davon genutzt. Dieses Potential müssen wir heben. Die Städte sind größtenteils gebaut, wir müssen den Bestand im Auge haben.“

Und Peter Weckenbrock, Vorsitzender der Geschäftsführung der Stadtwerke Bonn GmbH, erklärte zum Auftakt: „Wir verfolgen eine klare Nachhaltigkeitsstrategie. Seit 140 Jahren stehen wir für eine nachhaltige Gestaltung der Daseinsvorsorge. Wir verstehen das Zusammenspiel aus sozialen, ökologischen und ökonomischen Aspekten als Grundvoraussetzung für eine nachhaltige Entwicklung auf den Geschäftsfeldern Verkehr, Versorgung und Verwertung.“ Neue Herausforderungen bedürften dabei neuer Antworten in Form von Produkten, Angeboten und Dienstleistungen. „Wir verstehen uns als aktive Treiber der lokalen Mobilitäts- und Energiewende und geben unseren Kunden zudem durch unsere Angebote die Chance, selber zu Gestaltern dieser Wende zu werden“, so Weckenbrock weiter.

Am Vormittag präsentierten Energiewendepioniere aus Deutschland und Italien ihre vorbildlichen Projekte. Dr. Wolfram Sparber aus Bozen etwa stellte ein Computermodell vor, das für urbane Energiesysteme die ökonomischste und CO2-ärmste Technologiekonstellation ermittelt. Die Referenten aus Freiburg, Tübingen und Marburg zeigten auf, wie ihre Städte gemeinsam mit Bürgerinnen und Bürgern die solare Energiewende voranbringen. Kontrovers diskutierten alle Teilnehmenden auf dem „Marktplatz der Projekte“, bei dem fünf Aussteller sich im Rotationsprinzip vorstellten. Zwei parallele Workshops fanden im Anschluss statt: Während sich eine Gruppe mit Strategien der Öffentlichkeitsarbeit, mit rechtlichen Aspekten und Fördermöglichkeiten auseinandersetzte, war die andere auf technische und architektonische Lösungen konzentriert.

Quelle: EUROSOLAR e.V.

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