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Sonnenstrom von der Autobahn: Forscher entwickeln PV-Überdachung

Noch ist die Idee Zukunftsmusik: Visualisierung einer PV-überdachten Straße © Labor3 Architektur

| Kira Crome |

Autobahnen nicht nur für den Verkehr nutzen, sondern auch für die Energieerzeugung – diese Idee verfolgt ein neu gestartetes Forschungsprojekt. Die Wissenschaftler wollen dafür eine PV-Anlage auf Stelzen als Überdachung eines Autobahnteilstücks entwickeln. Die Demonstrationsanlage soll nicht nur Sonnenstrom erzeugen, sondern auch dem Straßenerhalt dienen.

Flächen sind ein knappes Gut in Deutschland. Im Jahr 2017 wurden täglich rund 58 Hektar für den Bau von Siedlungen und Straßen ausgewiesen – so viel wie 82 Fußballfelder. Bis zum Jahr 2030 will die Bundesregierung den Flächenverbrauch auf unter 30 Hektar pro Tag senken. Zugleich soll die Solarenergienutzung ausgebaut werden, damit die Klimaziele erreicht werden. Dafür braucht es nicht nur mehr Solaranlagen auf Dächern, sondern auch große Freiflächenanlagen. Die Idee, bereits beanspruchte Flächen durch die Kombination mit Photovoltaikanlagen aufzuwerten und ihnen damit einen zusätzlichen Nutzen zu verleihen, scheint daher naheliegend.

In einem jüngst angekündigten Forschungsprojekt wollen Wissenschaftler und Industriepartner diese Idee aufgreifen. Sie entwickeln eine PV-Anlage als Solardach, das eine Autobahn überspannen soll. Was in der Landwirtschaft unter dem Namen Agriphotovoltaik bereits erfolgreich erprobt wird, soll nun auf Verkehrsflächen übertragen werden. Die Forschungspartner des deutsch-österreichisch-schweizerischen Verbundprojekts versprechen sich von der PV-Überdachung eine Mehrfachnutzung der Fläche: Sie soll einerseits Solarstrom erzeugen, aber auch dem Straßenerhalt und dem Lärmschutz dienen.

Bereits erschlossene Flächen mehrfach nutzen
Verkehrsflächen machen immerhin fünf Prozent der Gesamtfläche Deutschlands aus. Sie mit der Erzeugung von Solarstrom zu kombinieren, ist keine ganz neue Idee. In der bayerischen Gemeinde Neuötting schützt eine Lärmschutzwand entlang einer viel befahrenen Straße nicht nur Anwohner vor Verkehrslärm. Eine integrierte PV-Anlage produziert zugleich Strom aus Sonnenenergie. Auf 243 Metern Länge erzeugt sie jährlich rund 51.500 Kilowattstunden Energie. An der Autobahn A92 bei Freising nahe des Münchener Flughafens betreiben die Freisinger Stadtwerke einen 1,2 Kilometer langen Photovoltaik-Schallschutzwall. An der Autobahn A3 in Bayern erzeugt eine Photovoltaikanlage auf der Lärmschutzeinhausung zwischen Goldbach und Hösbach mit 13.500 Modulen regenerativen Strom.

„Straßen sind deshalb für die Solarenergienutzung interessant, weil auf diese Weise Solarstrom auf bereits bebauten Flächen erzeugt werden kann“, sagt Martin Heinrich vom Forschungspartner Fraunhofer-Institut für solare Energiesystem (ISE). Neben der Nutzung von Lärmschutzwänden, Wällen und Einhausungen wollen die Wissenschaftler nun weitere technische Lösungen erforschen. Noch ist das Solardach über einer befahrenen Straße Neuland. Erste Erfahrungen gibt es mit einem Radweg in Südkorea. Südlich der Hauptstadt Seoul wurde der Mittelstreifen einer sechsspurigen Autobahn zu einem Radweg umfunktioniert und mit Solarpanelen überdacht. Dass die Überdachung von Verkehrsflächen prinzipiell umsetzbar ist, belegen kleinere Projekte in Deutschland, Österreich und der Schweiz, wo Rast- und Parkplätze mit Solardächern überspannt wurden. Die PV-Überdachung, die das von dem österreichischen Austrian Institute of Technology Center for Mobility Systems (AIT) geleitete Verbundprojekt jetzt entwickeln will, könnte der alternativen Doppelnutzung von mehrspurigen Autobahnen und Bundesstraßen den Weg bahnen.

Prototyp für den Härtetest
Gemeinsam mit den Forschungspartnern Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und Forster Industrietechnik GmbH gehen die Wissenschaftler im ersten Teil des Projekts im Zuge einer Konzeptstudie den technischen Fragen auf den Grund. Dann wollen sie einen Prototyp einer solchen PV-Anlage entwerfen, die sich zur Überdachung einer Straße eignet. Dazu sollen geeignete Module und eine passende Tragkonstruktion entwickelt werden. Dieser Prototyp soll dann im zweiten Teil des Projekts als Demonstrationsanlage errichtet und mit Messtechnik ausgerüstet werden. Ein Jahr lang wollen die Wissenschaftler die Anlage dann im Betrieb auf Herz und Nieren testen. Die Begleitforschung soll zeigen, ob eine derartige Konstruktion den vielfältigen Anforderungen gerecht werden kann. Probleme könnten Entwässerung, Wind- und Schneelasten und Wartungsmöglichkeiten der Anlage bereiten. Zudem muss die Anlage effizient Solarstrom erzeugen. Auch die Verkehrssicherheit muss gewährleistet sein.

Mehrwert für den Straßenerhalt
Neben der technischen Kosten-Nutzen-Rechnung interessiert die Forschungspartner vor allem, ob die PV-Überdachung den erhofften Mehrwert für den Straßenerhalt hat. Von der Mehrfachnutzung der Fläche versprechen sich die Forschungspartner neben der Stromerzeugung weitere positive Effekte: So könnte das Solardach die Fahrbahndecke zum Beispiel vor Regen und Überhitzung schützen und so dem Straßenerhalt dienen. Auch könnte die Konstruktion den Verkehrslärm dämpfen. Als nachteilig könnte sich zum Beispiel erweisen, dass der Reifenabrieb unter der Überdachung nicht durch Regen weggewaschen wird. Die Fahrbahndecke könnte so ihre Griffigkeit verlieren und müsste entsprechend häufiger gereinigt werden.

„Aus den Analysen der Konzeptphase sowie den Messdaten des Demonstrators erhoffen wir uns wertvolle Erkenntnisse für den zukünftigen Einsatz solcher Photovoltaiksysteme in Deutschland, Österreich und der Schweiz“, sagt Projektleiter Manfred Haider vom AIT. Damit könnte die Solarenergienutzung eine neue Facette zur Mehrfachnutzung von bereits beanspruchten Flächen gewinnen. Neben Deponien, Seen und Flächen am Rande von Verkehrswegen, könnten künftig dann auch Autobahnen Strom liefern. Allein das bundesdeutsche Autobahnnetz umfasst heute rund 13.000 Kilometer Straße.

Das Potenzial scheint groß. Die Nutzung von Verkehrsflächen zur Solarstromerzeugung könnte einen erheblichen Beitrag dazu leisten, nahe gelegene Verbraucher direkt mit dem Strom vor Ort zu versorgen und so deren Kosten zu senken, heißt es in einer Potenzialstudie für den Einsatz erneuerbarer Energien im Verkehr des Expertennetzwerks des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur. Noch aber stehen in Deutschland dem Bau von PV-Anlagen an oder über Autobahnen oder Bundesstraßen vor allem rechtliche Anforderungen im Weg. „Neben genehmigungsrechtlichen Fragen stellt vor allem die Abnahme des erzeugten Stroms eine Herausforderung dar“, sagt Markus Auerbach von der Bundesanstalt für Straßenwesen. Denn für Solarstrom von der Straße, die sich in öffentlicher Hand befindet, fallen energierechtlich Steuern und Gebühren an, wenn er ins öffentliche Netz eingespeist wird. So verhält es sich auch, wenn der Stromabnehmer nicht gleich dem Stromerzeuger ist. Auch die Eigenstromversorgung ist derzeit rechtlich komplex. Wie Lösungen für die Nutzung des in einem größeren Umfang erzeugten Stroms zum Beispiel aus einer PV-Überdachung oder einer integrierten Lärmschutzlösung aussehen könnten, will die Bundesanstalt für Straßenwesen in einer Auftragsstudie zum verkehrsübergreifenden Austausch von erneuerbarer Energie untersuchen lassen.