Neue Forschungsergebnisse belegen, dass vertikale Solarmodule die Leistung verbessert haben

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Forscher in Deutschland behaupten, dass vertikale Solarmodule möglicherweise besser sind als horizontale Solarmodule. Typischerweise werden Solarmodule horizontal montiert und nach Süden ausgerichtet, um eine maximale Sonneneinstrahlung auf ihrem Weg über den Himmel zu gewährleisten. Anstatt flach zu liegen, sind sie in einem Winkel zwischen 20 und 35 Grad geneigt, je nachdem, wie weit sie vom Äquator entfernt sind. Es gibt komplexe mathematische Formeln, die Solarparkentwicklern den genauen Winkel mitteilen, in dem die Module in Pensacola, Peoria oder Penticton montiert werden sollten. Es gibt Nachführsysteme, die die Panels tagsüber bewegen können, um der Sonne zu folgen, aber sie sind teuer und müssen regelmäßig gewartet werden.

Was aber, wenn die herkömmliche Meinung falsch ist? Forscher der Hochschule für angewandte Wissenschaften Leipzig behaupten, dass die Montage von bifazialen Solarmodulen mit einer nach Osten und der anderen nach Westen ausgerichteten Seite mehr erneuerbaren Strom erzeugen und einen der Nebenwirkungen traditioneller Solarenergieparks verringern würde – zu Mittag reichlich Strom und nicht genug morgens oder nachmittags. Ihre Studie wurde in der Augustausgabe 2022 der Zeitschrift Smart Energy veröffentlicht.

Ein weiterer Vorteil, der sich aus der vertikalen Montage von Solarmodulen ergibt, besteht darin, dass zwischen ihnen Platz für das Wachstum von Pflanzen bleibt, ohne dass hohe Montagesysteme erforderlich sind, die den Betrieb von landwirtschaftlichen Maschinen darunter ermöglichen.

„Bifaziale Solarmodule können Sonnenenergie von beiden Seiten nutzen. In Ost-West-Ausrichtung installiert, wird der meiste Strom morgens und abends erzeugt. Dadurch würde der Bedarf an Stromspeichern reduziert und gleichzeitig der Platzbedarf für die Stromerzeugung erhalten bleiben.“ gering“, sagt Sophia Reker von der Hochschule für angewandte Wissenschaften Leipzig und Erstautorin der Studie. Die Forscher basieren ihre Forschung auf einer Simulation des deutschen Energiesystems mit der Software EnergyPlan.

Da Deutschland aufgrund des kriminellen Angriffs von Wladimir Putin auf die Ukraine mit einer erheblichen Einschränkung der Methanlieferungen konfrontiert ist, hat die deutsche Regierung diesen Monat neue Maßnahmen erlassen, um das Land weniger abhängig von Energieimporten zu machen und den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Die Politik sieht vor, den Anteil erneuerbarer Energien von heute knapp 50 % auf mindestens 80 % bis 2030 zu steigern.

„Bifaziale Solarmodule sind etwas teurer als herkömmliche Solaranlagen. Da sie jedoch die Anzahl der verfügbaren Solarstromstunden erhöhen, sinkt der Bedarf anderer Stromquellen wie Gaskraftwerke. Vertikal installiert können die Solaranlagen problemlos aufgebaut werden.“ auf landwirtschaftlichen Flächen. Das schafft zusätzliche Verdienstmöglichkeiten für Landwirte und erhöht das Flächenpotenzial für erneuerbare Energien in Deutschland so sehr, dass wir nur noch eine geringe Menge zusätzlicher Energie importieren müssten“, sagt Jens Schneider, Professor für Vernetzte Energiesysteme und Co- Autor der Studie.

Auf landwirtschaftlichen Flächen installierte Sonnenkollektoren können das Wachstum bestimmter Pflanzen unterstützen, indem sie die Pflanzen vor Wind und Hitze schützen. Direkt unter den Modulen sind Blühstreifen für mehr Artenvielfalt möglich. Durch das neue Gesetzespaket der Bundesregierung soll die sogenannte Agrar-Photovoltaik künftig besonders gefördert werden, schlagen die Forscher vor.

Für ihre Studie modellierten die Forscher Sophia Reker, Jens Schneider und Christoph Gerhards mit der Software EnergyPlan ein Energiesystem für Deutschland, das im Jahr 2030 zu 80 Prozent weniger CO2-Emissionen im Vergleich zu 1990 führen würde. Die Forscher gehen von einem Anstieg von derzeit 64 auf 195 aus Gigawatt Windenergiekapazität und von derzeit 58 auf 400 Gigawatt Solarenergiekapazität.

Dieses Maß an zusätzlicher erneuerbarer Energie würde normalerweise einen erheblichen Ausbau der Batteriespeicherung erfordern, aber die Forschung zeigt, dass der Speicherbedarf sinkt, wenn der Großteil der zusätzlichen Solarkapazität vertikal in Ost-West-Ausrichtung installiert wird. In einem Szenario ohne zusätzliche Stromspeicher können allein dadurch mehr als 10 Megatonnen CO₂ pro Jahr eingespart werden.

Die folgende Grafik zeigt die typische Solarstromproduktion mit konventioneller Ausrichtung, mit Ost-West-Ausrichtung, Nord-Süd-Ausrichtung und einer Kombination aus Ausrichtungen. Die Ost-West-Ausrichtung beginnt viele Stunden früher mit der Stromproduktion und produziert viele Stunden später weiterhin Strom als ein herkömmlicher Solarpark. Allerdings gibt es in den Mittagsstunden einen starken Produktionsrückgang.

Bildnachweis: Hochschule für Technik und Wirtschaft Leipzig

In diesen Mittagsstunden übersteigt die Solarenergie häufig den Bedarf und muss entweder für die spätere Nutzung gespeichert oder gedrosselt werden, was oft zur Folge hat, dass sie verschwendet wird. Vertikal ausgerichtete Solarmodule könnten den Bedarf an Spitzenkraftwerken verringern oder ganz überflüssig machen, die normalerweise am späten Nachmittag und frühen Abend in Betrieb gehen, wenn die Nachfrage steigt, das Angebot aus Solarparks jedoch abnimmt.

„Es konnte gezeigt werden, dass vertikale PV-Anlagen geringere Speicherkapazitäten bzw. eine geringere Auslastung von Gaskraftwerken ermöglichen. Ohne Speichermöglichkeiten ist eine Reduzierung des gesamten Kohlendioxidausstoßes um bis zu 10,2 Millionen Tonnen pro Jahr möglich“, behaupten die Forscher.

„Gerade in Ländern mit einer hohen Einwohnerzahl pro Fläche ist die Fläche, die für PV-Kraftwerke zur Verfügung steht, ein entscheidendes Thema. Oft wird darüber diskutiert, ob eine Fläche der Lebensmittelproduktion oder der Stromproduktion gewidmet werden soll. Außerdem brauchen wir mehr Platz für die Förderung.“ Biodiversität. Das theoretische Energiepotenzial, das aus APV-Systemen erzeugt wird, ist aufgrund der großen Verfügbarkeit landwirtschaftlicher Flächen sehr hoch – bis zu 1700 TWh pro Jahr für Deutschland, was mehr als dem Dreifachen des Strombedarfs des Landes im Jahr 2019 von rund 500 TWh pro Jahr entspricht.“

Ist das ein „Ah, HAH!“ Moment für Solarenergie? Es könnte sein. Es zeigt vor allem, was passieren kann, wenn Menschen konventionelle Weisheiten in Frage stellen. Vertikal ausgerichtete Solarparks könnten den Konflikt zwischen Solarenergie und der Bauerngemeinschaft beenden, der in bestimmten Teilen der Vereinigten Staaten besonders heftig ist, wo es vielen mehr um die Erhaltung ihrer „Lebensweise“ geht als um den Umgang mit der existenziellen Bedrohung eines überhitzten Planeten.

Es gibt viele Branchen, denen die Aussicht auf reichlich (und daher billige) Solarenergie in den Mittagsstunden das Wasser im Mund zusammenlaufen lässt, um Wasser durch Elektrolyse in grünen Wasserstoff umzuwandeln oder die mit der Stahlherstellung verbundenen Kohlenstoffemissionen zu reduzieren. Aber die frühere und spätere Bereitstellung von mehr Solarenergie ans Netz könnte ein weiteres Instrument sein, um erneuerbare Energien gegenüber neuen thermischen oder nuklearen Kraftwerken zur bevorzugten Wahl zu machen.

Ein großes Lob an die Forscher, die über den Tellerrand hinausschauen und sich eine neue Möglichkeit vorstellen, die (mindestens für ein paar Milliarden Jahre) unerschöpfliche Kraft der Sonne zu nutzen. Um die Erde bis ins nächste Jahrhundert und darüber hinaus bewohnbar zu halten, bedarf es all des kreativen Denkens, das die Menschen aufbringen können.

Steve schreibt über die Schnittstelle zwischen Technologie und Nachhaltigkeit von seinem Zuhause in Florida oder wo auch immer die Macht ihn hinführen könnte. Er ist stolz darauf, „aufgewacht“ zu sein, und es ist ihm völlig egal, warum das Glas zerbrochen ist. Er glaubt leidenschaftlich an das, was Sokrates vor 3000 Jahren sagte: „Das Geheimnis des Wandels besteht darin, seine ganze Energie nicht auf den Kampf gegen das Alte, sondern auf den Aufbau des Neuen zu konzentrieren.“

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