Floating Photovoltaik – Schwimmende PV-Anlagen als neuer Trend?

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Schwimmende Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) auf Gewässern entschärfen die Diskussion um Flächenkonkurrenz und sind technisch weitgehend ausgereift. Durch leicht erhöhte Erträge, einfachere Installation und Potenziale können geringfügig höhere Systemkosten im Betrieb kompensiert werden.


Floating PV als neuer Trend

Technologisch bildet sich neben dem Trend zur Nutzung von doppelseitigen PV-Modulen (bifacilal PV) seit kurzem auch die vermehrte Installation von PV-Anlagen auf dem Wasser ab. Diese so genannten Floating-PV-Anlagen werden auf ruhigen Wasserflächen wie Buchten oder Seen mithilfe von schwimmenden Unterkonstruktionen installiert. Verankert am Untergrund werden die PV-Anlagen ebenso wie die Wechselrichter über gegebenenfalls auch schwimmende Stromleitungen mit dem Festland verbunden. Eisbildung oder eine zeitweise Austrocknung des Gewässers schließen eine Installation nicht unbedingt aus.

Seit 2008 die erste kommerzielle Anlage in Kalifornien mit 175 kWp in Betrieb genommen wurde, hat sich die Anlagengröße vervielfacht. 2016 wurde die erste Anlage größer als 10 MWp in Betrieb genommen und heute hat die größte Floating-PV-Anlage eine Leistung von 150 MWp. Aktuell befindet sich ein Großteil der global installierten 1.100 MWp in Asien.

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Abbildung 1: Schematische Darstellung einer Floating-PV-Anlage (Quelle: Solar Energy Research Institute of Singapore (SERIS) at the National University of Singapore)


Potenziale und Herausforderungen

Installiert auf dem Wasser kann PV der Diskussion um Flächenkonkurrenz entgehen. Gleichzeitig entfällt die Flächenvorbereitung und normalerweise auch die Verschattungsproblematik bei gleichzeitiger Steigerung der Erzeugung durch Kühlungseffekte des Wassers. Die einfache Skalierbarkeit durch die Gleichmäßigkeit der Wasseroberfläche kann Effizienzgewinne bei der Installation ermöglichen.

Die naheliegende Verbindung aus Pumpspeicher-Kraftwerken und Floating-PV-Anlagen ermöglicht eine größere Flexibilität in der Betriebsweise von Pumpspeicher-Kraftwerken speziell in Zeiten von Wassermangel. Zusätzlich kann die eventuell problematische Volatilität von PV-Stromerzeugung ausgeglichen werden.

Trotz der Tatsache, dass aufgrund der bereits installierten Leistung ein gewisser Erfahrungsschatz vorhanden ist, fehlen Langzeitstudien zur Widerstandsfähigkeit der Komponenten speziell im Salzwasser und zur Auswirkung solcher Anlagen auf das Ökosystem. Kritische Aspekte bleiben auch die elektrische Betriebssicherheit, die Wartung und Instandhaltung sowie das Verankerungssystem.


Technisches PotenZial und Wirtschaftlichkeit

Unter Annahme, dass ein Prozent der Wasseroberfläche künstlicher Gewässer in Europa genutzt wird, ergibt sich ein Potenzial für Floating-PV-Anlagen von 20.000 MWp. Speziell in Deutschland sind mittelfristig auch nicht dauerhaft geflutete Konversionsflächen in Betracht zu ziehen, zum Beispiel stillgelegte Tagebauflächen.

Wirtschaftlich bewegen sich die Installationskosten 2018 für asiatische Großprojekte zwischen 0,7 Euro/Wp und 1,05 Euro/Wp. Die somit höheren System- und laufende Versicherungskosten werden in der Regel durch eine bessere Performance-Ratio ausgeglichen. Da in Deutschland noch keine nennenswerte Floating-PV-Leistung installiert ist, fehlen hier allerdings noch direkte Vergleichswerte.1


Rechtliche Rahmenbedingungen   

Um Photovoltaikanlagen auf Wasserflächen installieren zu können, müssen auch die rechtlichen Voraussetzungen hierfür gegeben sein.


Öffentlich-rechtliche Rahmenbedingungen   

Es stellt sich die Frage, ob ebenso wie auf dem Land ein Bebauungsplan und / oder eine Baugenehmigung erforderlich ist. Maßgeblich ist das Wasserrecht zu berücksichtigen. Insbesondere das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und das jeweilige Landeswasserrecht bilden hier den Rahmen.

Anlagen in, über und unter oberirdischen Gewässern sind so zu errichten, zu betreiben, zu unterhalten und stillzulegen, dass keine schädlichen Gewässerverunreinigungen zu erwarten sind und die Unterhaltung des Gewässers nicht mehr erschwert wird, als den Umständen nach unvermeidbar ist. Zu diesen Anlagen gehören insbesondere bauliche Anlagen wie Gebäude, Brücken und Anlagestege. Darüber hinaus gelten die landesrechtlichen Vorschriften.

Erfasst werden vom Anlagenbegriff des Wasserhaushaltsgesetzes alle künstlichen, als solche wahrnehmbaren Einrichtungen und Gebilde von gewisser Dauer, die wasserwirtschaftliche Bedeutung haben können. Sinn und Zweck ist es, dem Gefährdungspotenzial zu begegnen, das von Anlagen ausgeht, die in besonderer räumlicher Nähe zu Gewässern liegen. Dementsprechend werden auch PV-Anlagen auf einem Gewässer hiervon umfasst.

In Bayern dürfen entsprechende Anlagen an Gewässern der ersten und zweiten Ordnung nur mit Genehmigung der Kreisverwaltungsbehörden errichtet werden (Bayerisches Wassergesetz, BayWG). Durch Rechtsverordnungen kann diese Genehmigungspflicht auch auf Gewässer dritter Ordnung, das sind zumeist kleine Gewässer und Bäche, ausgedehnt werden. Eine entsprechende Genehmigungspflicht nach dem Wasserrecht schließt in der Regel das baurechtliche Zulassungsverfahren aus. Einer Baugenehmigung bedarf es in diesen Fällen dann nicht.

In einem Gewässer liegt eine Anlage, wenn sie innerhalb der natürlichen oder festgelegten Uferlinien liegt. An einem Gewässer liegt eine Anlage, wenn sie entweder weniger als 60 m von der Uferlinie entfernt ist oder wenn sie die Unterhaltung oder den Ausbau des Gewässers beeinträchtigen kann.


Zivilrechtliche Fragen   

Mit einer wasserrechtlichen Zulassung ist noch nicht das Recht verbunden, die Wasserfläche auch gegenüber dem Eigentümer nutzen zu dürfen. Mit dem Eigentümer ist ein entsprechender Gestattungs-, Pacht- oder Leihvertrag abzuschließen.

Insbesondere sind weitere Nutzungsrechte Dritter am Gewässer zu berücksichtigen, z.B. Fischereirechte oder Schifffahrtsrechte. Hierzu sind ggf. auch mit diesen Berechtigten weitere Vereinbarungen zu treffen.


Vergütung des erzeugten Stromes

Der in der Photovoltaikanlage erzeugte Strom kann entweder selbst verbraucht oder aber dem Regime des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes (EEG) unterworfen werden. Wenn eine Vergütung nach dem EEG erzielt werden soll, so sind die entsprechenden Voraussetzungen zu erfüllen. In Betracht kommen z.B. Photovoltaikanlagen auf einer sonstigen baulichen Anlage, auf planfestgestellten Flächen oder auf Konversionsflächen.

Die Clearingstelle EEG|KWKG hatte im Jahr 2014 zu klären, ob für den Strom, der in einer auf einem Baggersee schwimmenden PV-Installation erzeugt wurden, ein Anspruch auf die für Konversionsflächen erhöhte Vergütung des EEG 2012 (a.F.) bestand. Dies wurde bejaht, weil sich der Baggersee im konkreten Fall innerhalb eines noch aktiven Kiesabbaugeländes befunden hat und die durch den Kiesabbau eingetretene ökologische Belastung der Fläche zum maßgeblichen Zeitpunkt mangels Renaturierung weiterhin fortwirkte.


Fazit   

Zukünftig macht es Sinn, schwimmende PV-Anlagen als technisch und wirtschaftlich machbare Alternative zu „Standard”-PV-Anlagen in Betracht zu ziehen.

Dazu sind nach einer wirtschaftlichen und technischen Vorabanalyse in einem weiteren Schritt die öffentlich-rechtlichen Rahmenbedingungen zu ermitteln; insbesondere welche Gewässerordnung vorliegt und ob entsprechende spezielle Rechtsverordnungen gelten. Diese Regelungen können sich je nach Bundesland und Gewässer anders darstellen. Entsprechend des jeweiligen Business-Cases ist ggf. weiter zu prüfen, ob eine Vergütung nach dem EEG gegeben ist oder sich sogar Direktvermarktungs- oder -verbrauchsoptionen ergeben. Letztendlich muss auch mit dem jeweiligen Eigentümer der Wasserfläche eine Nutzungsvereinbarung getroffen werden.
 
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1 International Bank for Reconstruction and Development / The World Bank, Where Sun Meets Water – Floating Solar Market Report; 2018; Website
aufgerufen am 3.1.2019: http://www.worldbank.org/en/topic/energy/publication/where-sun-meets-water

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