PV-Membrantragwerke mit Hypar-Flächen für eine Economy of Scale

1.Einleitung

Die erneuerbaren Energien sind billig. Und konkurrieren am Strommarkt bereits jetzt bei einem Anteil von gut 60% der elektrischen Energie untereinander, sicher sehr stark wachsend bis100%  der gesamten Energie aus erneuerbaren Quellen stammt. 

Ein Maß für die Kosten bei PV Anlagen sind die Gesamtkosten je kWpeak beim Bau. Was ist dabei für PV-Membrantragwerke zu erwarten? Unter welchen Bedingungen können sie mit dem Stand der Technik bei der Montage von PV-Modulen in Freiflächen-PV, Agri-PV und über Verkehrsflächen konkurrieren? Die Membrantragwerke- Überlegungen werden fokussiert auf das Kostensenkungspotential durch eine economy of scale mit Hilfe eines hoch standardisierten, vollständig vorgespannten, rechteckigen Membrantragwerks mit hyperbolischen-paraboloid Flächen(Hypar)-PV. Dabei wird von den Kostenfaktoren der meist gebauten Freiflächen-PV ausgegangen. 

2.Kostenanteile einer Freiflächen-PV.

Die Kosten für den Bau einer Photovoltaik-Freiflächenanlage setzen sich aus verschiedenen Komponenten zusammen. Die wichtigsten Kostenanteile sind:

#Modultechnik: Die Module sind der mit Abstand größte Kostenfaktor. Die Preise für Solarmodule schwanken stark und hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der Leistung, der Technologie und dem Hersteller. In der Regel liegen die Kosten zwischen 0,40 und 0,80 Euro pro Wattpeak (Wp).

#Unterkonstruktion: Die Unterkonstruktion trägt die Module und muss auf die jeweiligen Gegebenheiten des Standorts abgestimmt sein. Die Kosten für die Unterkonstruktion liegen zwischen 0,20 und 0,40 Euro pro Wp.

#Wechselrichter: Der Wechselrichter wandelt den von den Modulen erzeugten Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom um. Die Kosten für den Wechselrichter liegen zwischen 0,10 und 0,20 Euro pro Wp.

#Verkabelung: Die Verkabelung verbindet die Module und den Wechselrichter miteinander. Die Kosten für die Verkabelung liegen zwischen 0,05 und 0,10 Euro pro Wp.

#Planung und Installation: Die Planung und Installation einer Photovoltaik-Freiflächenanlage erfordern Fachwissen und Erfahrung. Die Kosten für Planung und Installation liegen zwischen 0,10 und 0,20 Euro pro Wp.

#Weitere Kosten: Neben den oben genannten Kosten fallen noch weitere Kosten an, z.B. für Genehmigungen, Versicherungen und Wartung. Diese Kosten können je nach Projekt variieren.

#Gesamtkosten: Die Gesamtkosten für den Bau einer Photovoltaik-Freiflächenanlage liegen in der Regel zwischen 0,80 und 1,80 Euro pro Wp.

Diese Angaben hat die Gemini-AI im Juli 2024 im Netz gefunden. 

3. Bei welchen Anteilen ist eine Economy of scale zu erwarten, insbesondere im Vergleich zur konkurrierenden Montagetechniken?

Der wichtigste Anteil für die Konkurrenz ist die Unterkonstruktion. Hier sind bei einer üblichen  Freiflächen-PV eine Aufständerung nach dem Stand der Technik mit Fertigteilen und Normprofilen dominant. Werden jedoch an die  Spannweite der Unterkonstruktion wie bei der Nutzung der Fläche unter der PV für Verkehr oder Agri-PV möglichst große Werte honoriert, so hat ein gespanntes Seil gegenüber einem Balken Vorteile. Anschauliche Beispiele dafür liefert der Brückenbau. Ähnliches gilt für das PV- Membrantragwerk. Seine Vorteile liegen bei großen Spannweiten und großen Flächen. 

Dabei ist die economy of scale noch zu berücksichtigen Jörg Schlaich et al. stellen in ihrem Aufsatz über das Olympia-Dach fest, dass es teurer ist, als konventionelle Überdachungen. Dies hat eine Reihe von Gründen: von der Planung über die meisten Komponenten bis zur Montage waren Entwicklungskosten zu tragen. Sie sind nur durch Standardisierung und hohe Stückzahlen gering zu halten.

Die gilt nicht nur für die Unterkonstruktion, sondern auch für die Planung und Installation. Letztlich auch für die oben angeführten weiteren Kosten.

Die Kosten für die Unterkonstruktion liegen nach den Funden von Gemini bei 0,20 bis 0,40 €/WP von 0,80 bis. 1,80 €/WP bei Freiflächen-PV. Dies sind die Zielwerte für eine Hypar-Membran-PV. Dass bei den übrigen Kosten bei Verkehrflächen große Vorteile erzielt werden können, wobei eine direkte Anbindung benachbarter Verbraucher und naher Speicher ohne Netzentgelte könnte dann noch den Ausschlag geben.

Work in Progress

Keeling und Schellnhuber

Die Keeling Kurve ist das ikonische Bild des Treibhauseffektes der Atmosphäre. Sie stellt den gemessenen CO2-Anteil der Luft über die Jahre dar. CO2 ist das beständigste der Treibhausgase THG. 

Das Fatale an der Kurve ist ungebrochene Anstieg im Mittel durch die anthroprogene Verbrennung. Das Hoffnungsvolle ist jährliche Schwankung durch das Wachsen und Vergehen der Biomasse. Es reduziert den CO2 Gehalt und lässt ihn wieder anwachsen. Gelänge es, jedes Jahr einen Teil der Biomasse zu ernten und zu lagern, so könnten wir mit Hilfe der natürlichen Photosynthese ein CCS, carbon capture and storage, umsetzen. Dafür Meiler in Form von riesigen Mooren schaffen und nutzen? 

Schellnhuber et al. arbeiten hierfür den genialen Vorschlag mit doppeltem Nutzen aus, Zement und Stahl im Bau durch Holz (und andere Biomasse?) zu ersetzen. Doppelter Nutzen, weil CO2 bei deren Herstellung vermieden wird und der Kohlenstoff im Holz für die Nutzungsdauer gespeichert wird und für ein second life zur Verfügung steht. Schellnhuber erzählte dies jüngst sehr authentisch mit Quellen in seiner keynote der klimaaktif Konferenz 2024 auf YouTube.

Damit zeichnen sich für den prognostizierten Überlebenskampf der Menschheit zwei Phasen ab: 

1. 100%EE erreichen und damit kein CO2 für die Energiegewinnung mehr in die Atmosphäre entlassen 

2. Durch die Reduzierung des CO2- THG-Anteils mit dem natürlichen/ bauwirtschaftlichen CCS die Atmosphäre reparieren.

Es ist zu erwarten, dass die fossile Lobby zur Rettung ihres Geschäftsmodells mit Verbrennung versucht 2. vorzuziehen und bei 1. den Prozentsatz zu drücken. Wollen wir das?