Vom Kugelfisch inspirierte Photovoltaik

Das deutsche Ingenieurbüro sbp Sonne hat nun den Prototypen eines völlig neuartigen schwimmenden PV-Systems in Ungarn installiert. Dieses soll Effizienz und Robustheit von Floating-PV-Anlagen steigern und gleichzeitig besser auf Umgebungsbedingungen reagieren. Ideengeber hierfür war ein kleiner Meeresbewohner – der Kugelfisch.
Schwimmende Solaranlage

Wer den Disney-Klassiker „Findet Nemo“ gesehen hat, kennt ihn: Puff, den kleinen Kugelfisch. Er lebt mit anderen äußerst herzigen Fischen im Aquarium des Zahnarztes Philip Sherman. Doch Puff ist anders als seine Artgenossen. Es ist vor allem die Art und Weise, wie er auf mögliche Gefahren reagiert, die ihn von diesen unterscheidet: Er bläht seinen Körper kugelförmig auf. Dass diese außergewöhnliche Eigenschaft aber nicht nur auf den fiktiven Charakter im Animationsfilm zutrifft, sondern auch auf dessen realen Vorbilder, liegt freilich auf der Hand. Wenn Gefahr droht, pumpen die Fische Wasser aus ihrer Mundhöhle in den elastischen Magen. So wirken sie größer und stärker, sodass sie auch im Fall eines Angriffes vor Feinden geschützt sind.

So oder so ähnlich soll die schwimmende Solaranlage von sbp Sonne funktionieren. Wie solch ein Kugelfisch reagieren Module auf besondere Situationen. Genauer gesagt sind es die darunterliegenden Schwimmkörper, die auf Veränderungen in der Umgebung reagieren. Das System besteht dabei nicht aus Plastikschwimmkörpern, die miteinander verbunden werden, sondern aus 40 Meter langen und 80 Zentimeter dicken Membranschläuchen – den sogenannten Tubes –, die erst bei der Installation vor Ort aufgeblasen werden.

Einzigartige Konstruktion

Dieses schlauchbootähnliche Konzept ermöglicht einen sehr raschen Aufbau des Grünstromerzeugers, zusätzlich können laut Hersteller Geometrie und Innendruck der Schläuche an Standort und Umgebungsbedingungen angepasst werden. Übrigens: Die Anlage trägt den Namen Gömbhal, ungarisch für – trara – Kugelfisch.

Bei der innovativen Konstruktion werden je zwei Röhren mit derselben Länge parallel zueinander aufgeblasen. Dazwischen wird ein Stahlgestell mit 4,5 Metern Breite befestigt, an dem die Photovoltaikmodule schlussendlich angebracht werden. Insgesamt 24 Module können über die Länge der Röhre installiert werden. Bei zukünftigen Anwendungen sollen 25 Röhrenpaare zu einer Insel verbunden werden – bei dem Prototypen in Ungarn schwimmen bis dato lediglich vier Röhrenpaare auf dem Wasser.

Die Leistung

Zwei nebeneinanderliegende Inseln bilden einen Block von einem Megawatt Leistung; die Leistungselektronik ist dabei mit an Bord. Ein solcher Ein-Megawatt-Block erstreckt sich also auf einer Länge von 80 Metern und soll bis zu 108 Meter breit sein. Auf einer Hälfte des Blocks kommen demnach 2708 Quadratmeter Modulfläche auf 4320 Quadratmeter Bruttofläche. Die Hersteller stellen fest: Das entspricht einem Flächennutzungsfaktor von rund 63 Prozent.

Damit aber nicht genug: Gömbhal ist, so sbp Sonne in ihrer offiziellen Beschreibung, das erste für bifaziale Module optimierte Floating-System. Doch wie soll das überhaupt funktionieren? Wasseroberflächen haben schließlich einen geringen Albedo-Wert von ungefähr 0,1. Zum Vergleich: Der Wert von frisch gefallenem Schnee liegt bei 0,8. Eine schwimmende Solaranlage eignet sich demnach also doch gar nicht für den Gebrauch von bifazialen Modulen – oder?

Schwimmende Solaranlage
Die Gömbhal-Anlage reagiert also auf besondere Situationen ähnlich wie ein sich aufblasender Kugelfisch.

Was nicht passt, wird passend gemacht

sbp Sonne hat auch hier eine Lösung parat: Unterhalb des Stahlgestells wird eine helle Membranschicht mit einem Albedo-Wert von über 0,6 gespannt. So können ungefähr 60 Prozent des Lichts von der Membran reflektiert werden. Damit die Membran auch stets mit genügend direktem Sonnenlicht beschienen wird, hat sbp Sonne die Abstände zwischen den Modulen in einem optimalen Verhältnis von 50 Millimetern gewählt. „Wir mussten den Modulen etwas Abstand geben, damit sie bei schlechtem Wetter nicht miteinander kollidieren“, erklärt Markus Balz, Geschäftsführer des Büros sbp Sonne. Und genau dieser Abstand zwischen den Modulen wirkt sich positiv auf den Einsatz von bifazialen Modulen aus.

Leichter Transport

Und auch in Sachen Transport punktet die Gömbhal-Anlage. Denn da diese erst bei der Installation vor Ort aufgeblasen werden muss, erweist sich die Logistik und Installation im Vergleich zu zu herkömmlichen Floating-Anlagen als äußerst einfach und kostengünstig. Schließlich können die aufblasbaren Röhren ruckzuck zusammengefaltet und verstaut werden. So kann etwa in einem Schiffscontainer Photovoltaik-Konstruktionsmaterial für die dreifache Kapazität im Vergleich zu einem herkömmlichen System transportiert werden.

Außerdem sollen die Röhren besseren Schutz vor Wellen und Wind bieten. Ist das Gewässer ruhig, werden einfach nur wenige Millibar in die Röhren gepumpt. Sind die Kräfte der Natur deutlich spürbarer, können die Röhren über integrierte Pumpen auch auf höheren Druck aufgeblasen werden. Stichwort: Wetterbedingungen. An Bord jeder schwimmenden Anlage soll eine eigene Wetterstation installiert werden. Diese überwacht die Windgeschwindigkeit und Wellenbewegung und entscheidet völlig autonom, ob und wie stark die Röhren aufgeblasen werden sollen – genauso, wie sich Kugelfische in Sekundenschnelle mit Wasser aufpumpen. Und sollte unerwartet Luft entweichen, werden die Röhren laut Hersteller durch benachbarte Parallelröhren geschützt.

Voller Überblick

Bevor der solare Kugelfisch aber auf den Gewässern dieser Welt sauberen Strom erzeugen kann, müssen freilich noch genügend aussagekräftige Daten gesammelt werden. Dazu wurde der Prototyp mit einem umfassenden Datenerfassungssystem ausgestattet, „das uns ab sofort weitere wichtige Erkenntnisse über Energieertrag und Strukturverhalten liefert“, bestätigt das Unternehmen.

✅ TEXT: SANDRA RAINER
✅ FOTOS: sbp Sonne ; UNSPLASH/Stelio Puccinelli
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