Photovoltaik und Windkraft als integriertes Kraftwerk auf gleicher Fläche
David Ludwig
In vorangegangenen Studien wurde gezeigt, dass sich Windenergie und Photovoltaik aufgrund ihrer geringen Gleichzeitigkeit aus energetischer Sicht prinzipiell exzellent ergänzen. Trotzdem werden beide Technologien bis heute fast ausschließlich als separate Systeme gebaut und oftmals sogar in Konkurrenz zueinander gesehen. Gleichzeitig stehen in Deutschland einerseits immer weniger EEG-vergütungsfähige Flächen für die Photovoltaik zu Verfügung, während andererseits immer mehr PV-Anlagen gebaut werden, die ohne EEG-Vergütung betrieben werden. Darüber hinaus stoßen die Versorgungsnetzte aufgrund des starken Zubaus der erneuerbaren Energien an ihre Aufnahmegrenzen. Vor diesem Hintergrund wird eine effiziente und kostenoptimierte Nutzung der zur Verfügung stehenden Flächen und Netzkapazitäten immer wichtiger.
Im Verlauf dieser Masterarbeit wird aufgezeigt, dass durch eine Kombination von Photovoltaik und Windenergie-anlagen als integriertes Kraftwerk sowohl die für Windparks und PV-Freiflächenanlagen zur Verfügung stehenden Flächen als auch die bestehende Netzinfrastruktur deutlich effizienter genutzt werden können. Durch die Möglichkeit der Anlagenabregelung bei der Kombination beider Technologien werden kurzzeitige Leistungsspitzen vermieden, während gleichzeitig die Stillstandszeit signifikant verringert wird. Auf mittelfristige Sicht können durch eine zusätzliche Methanisierung des Solar- und Windstroms die bisherigen Alleinstellungsmerkmale der Biomasse – die Regel- und Speicherbarkeit – bei einer deutlich höheren Flächeneffizienz übernommen werden.
Neben der Betrachtung des Einspeiseverhaltens findet eine Analyse der technischen Aspekte der Anlagenkombi-nation – insbesondere der Verschattungsproblematik – statt. Durch eine detaillierte Simulation und Evaluation der Verschattungsszenarien in Kombikraftwerken verschiedener Größe wird gezeigt, dass die Verschattungsverluste durch Windkraftanlagen im Allgemeinen überschätzt werden und deutlich niedriger liegen als von den meisten Experten und Planern angenommen. Zusätzlich ergeben sich auf technischer Ebene Synergien, u.a. im Bereich der Mittelspannungsinfrastruktur und des Netzanschlusses.
Auf Basis der Verschattungs- und Abregelungsverluste sowie der ermittelten Einsparpotentiale findet abschließend eine grundlegende Wirtschaftlichkeitsanalyse statt, die zeigt, dass eine Anlagenkombination auf Basis einer guten Planung auch aus wirtschaftlicher Sicht schon heute attraktiv ist.