Robert Klatt
Solaranlagen auf kleinen Gewässern haben großes Potenzial. Ein Langzeitexperiment zeigt nun, wie die schwimmenden Solarmodule das Ökosystem beeinflussen, darunter auch die Methan- und CO₂-Emissionen der Gewässer.
Ithaca (U.S.A.). Schwimmende Solaranlagen können laut einer Studie des National Renewable Energy Laboratory (NREL) in den U.S.A. Strom für etwa 100 Millionen Haushalte produzieren. Die Installation der Anlagen auf Stauseen, Teichen und anderen Gewässern steht jedoch oft in der Kritik, weil sie dem Ökosystem schaden können, etwa dadurch, weil die Wasserpflanzen weniger Licht für die Photosynthese erhalten und der Gasaustausch gehemmt ist. In Deutschland, wo schwimmende Solaranlagen laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (Fraunhofer ISE) eine Peakleistung von 45 Gigawatt (GW) erreichen können, dürfen deshalb maximal 15 Prozent der Wasseroberfläche mit Solarmodulen bedeckt werden.
Forscher der Cornell University haben nun eine Studie publiziert, die untersucht hat, wie Solaranlagen auf kleineren Gewässern die Biogeochemie und die CO₂-Emissionen beeinflussen. Derzeit sind mehr als 90 Prozent der schwimmenden Solaranlagen auf solchen Gewässern, mit einer maximalen Fläche eines Quadratkilometers, installiert.
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Environmental Science & Technology haben die Forscher für ihr Experiment sechs 30 mal 30 Meter große Gewässer verwendet, die bereits in den 1960er-Jahren angelegt wurden. Die Teiche waren mit Wasserpflanzen bewachsen und hatten eine ähnliche Chemie und Biologie. Auf drei der Teiche haben die Forscher Solarpanele installiert, die etwa drei Viertel der Wasserfläche bedecken. Anschließend haben sie über zwei Jahre dokumentiert, ob und wie sich die Temperaturen, der Sauerstoffgehalt und die Konzentrationen von CO₂ und Methan in den Teichen mit und ohne Solarmodule verändert.
Das Experiment zeigt, dass Solaranlagen auf Gewässern bereits nach wenigen Tagen den Sauerstoffgehalt und die Temperaturen reduzieren. Am rund 1,85 Meter tiefen Grund entstehen fast sauerstofffreie Lebensbedingungen. Zudem nahm die Konzentration des im Wasser gelösten CO₂ (-24 %) und Methan (-18 %) ab, weil der Gasaustausch mit der Atmosphäre durch die Solarmodule behindert wird. In Kombination sorgen diese Effekte dafür, dass die mikrobielle Zersetzung am Grund und die im Wasser lebenden Pflanzen stark beeinträchtigt werden.
„Wenn man das Wasser mit schwimmenden Solaranlagen bedeckt, reduziert man die Sauerstoffverfügbarkeit für Organismen drastisch – und greift damit grundlegend in die ökologischen Prozesse ein.“
Die Analyse der Treibhausgasemissionen zeigt, dass durch den Sauerstoffmangel am Gewässergrund und die veränderte Wasserchemie die Methanausgasung deutlich zunimmt (+ 57 %). Teiche mit schwimmenden Solaranlagen werden somit zu klimaschädlichen Emittenten und können nicht als klimaneutral bezeichnet werden. Laut den Forschern muss hierbei jedoch bedacht werden, dass sie trotzdem eine sinnvolle Alternative sein können, weil andere Kraftwerke, darunter auch Solaranlagen an Land, womöglich noch mehr CO₂-Emissionen verursachen.
„Die Teiche mit Floating-PV emittierten 26,8 Prozent mehr Treibhausgase gemessen in CO₂-Äquivalenten als die ohne die Solaranlagen.“
Zusammenfassend zeigt das Experiment, dass schwimmende Solaranlagen, die einen Großteil der Gewässeroberfläche bedecken, das Ökosystem stark beeinflussen. Es ist deshalb sinnvoll, den Anteil der bedeckten Wasseroberfläche stark zu begrenzen. Außerdem können die negativen Effekte durch bauliche Maßnahmen begrenzt werden.
„Wenn man beispielsweise die Solarzellen neigt und den Abstand zwischen den PV-Panelen und der Wasseroberfläche erhöht, verringert das die biogeochemischen Auswirkungen. Zusätzlich könnten Belüftungsgeräte, die unter den PV-Panelen hängen, den Sauerstoffschwund verringern und damit wahrscheinlich auch die Methanproduktion. Es ist immer ein Kompromiss. Aber nur wenn wir genau wissen, was vor sich geht, können wir die Technik entsprechend anpassen.“
Environmental Science & Technology, doi: 10.1021/acs.est.4c06363
