Totale Photovoltaik basierte Stromversorgung Deutschlands. II. Gestaltung der Stromerzeugung.

Einleitung

Die Gestaltung der PV Stromerzeugung ist sehr vielfältig, die Auswahl erfolgt nach vernünftigen und ubiquitär durchführbaren Lösungen. Welche Voraussetzungen bieten sich an? Da die Sonne überall scheint, ist eine völlig dezentrale Lösung möglich. Diese hat den Vorteil der Eigenverantwortlichkeit einer/eines jeden für die eigene Energieversorgung und liefert damit ein gutes Stück Freiheit und hohe Versorgungs-Sicherheit, auch in Krisen- und Kriegszeiten. Andere Varianten eigenen sich mit hohen Leistungs-Potenzialen für die großflächige Stromerzeugung, vor allem im industriellen Bereich. Auch hier ist eine weitgehende Versorgungs-Sicherheit insbesondere vor terroristischen Angriffen gerade wegen der nicht konzentrierten technischen Verfahren gegeben. Mischformen zwischen beiden Varianten und deren Vernetzung stabilisieren die Gesamtversorgung.

Gestaltungs-Arten

Der errechnete Flächen-Bedarf (FB) im Artikel I. Stromerzeugung von aktuell 1900 km2für die optimale Total-PV lässt sich sinnvollerweise auf drei Arten der Verfügbarkeit aufteilen:

  1. Bestandsflächen, das sind alle Dächer nahezu aller Bauten in Deutschland.
    Diese sind nur teilweise für eine ergiebige Stromerzeugung geeignet und werden parallel auch für die Solarthermik verwendet [1]. Eine Total-PV Stromerzeugung würde 5.500 km2erfordern, wobei die Siedlungs- und Verkehrsflächen 47.000 km2betragen (13,8 %). Die Siedlungsflächen sind größtenteils in privater Hand, in den Großstädten bisher wenig für PV genutzt worden und bergen Probleme bei der globalen Planung in sich – ganz anders als auf dem Land. Konkrete Bemühungen, dies auch in den Städten nachhaltig zu verändern, existieren seit geraumer Zeit und versprechen langfristigen Erfolg. 
  2. »Unland«, 11.000 km2(3 %) [2], das sind belastete Flächen, wie munitionsbeladenes, ehemaliges militärisches Gelände, Gruben aus dem Braunkohletagebau etc. Dieses Land ist nach Dekontaminierung für die großflächige PV geeignet, zumal dort keine anderweitigen Hindernisse bestehen. Die Flächen sind meist in staatlicher Hand und prinzipiell schnell und mit relativ geringen Kosten für die PV verfügbar.
  3. Reine Verkehrsflächen, diese haben den Vorteil, dass sie in Bundes-, Landes- und kommunalem Besitz und damit zügig verfügbar sind und etliche synergistische Effekte aufweisen. Die Verkehrswege im Einzelnen [3, 4]:
BAB (Autobahnen)Länge 35.000 km, Breite 35 m Fläche = 450 km2
B (Bundesstraßen)Länge 38.000 km, Breite > 10 mFläche >  380 km2
L (Landstraßen)Länge 87.000 km, Breite 10 mFläche =  870 km2
BahnLänge 35.000 km, Breite 10 mFläche =  250 km2
Gesamt-Fläche
= 1.950 km2

Allein die obige Gesamt-Fläche in 3. könnte für die Total-PV Stromversorgung mit modernsten Solarzellen ausreichen. Die PV wird in 6-10 m Höhe über der Verkehrsfläche erstellt und hat keinerlei Auswirkung auf den Verkehr.

Vorteile von 3.

Die Konstruktionen von 3.1 bis 3.4 beinhalten mehrere synergistische Effekte. 

  • So kann die Bahn ihren benötigten Strom gleich über den Gleisen produzieren. 
  • Ebenso können LKWs im elektrischen Oberleitungs-Modus fahren.
  • Durch die einhergehende Beschattung werden im Hochsommer die Straßen nicht mehr durch Blasenbildung und Betonverwerfung beschädigt, was enorme Kosten einspart.
  • Der Winter-Dienst kann wegen des Dacheffekts der PV-Einrichtung stark minimiert werden, Glatteis und Schnee können, je nach baulicher Ausführung, von den Straßen weitestgehend ferngehalten werden. 
  • Straßen können nachts beleuchtet werden → Enormer Sicherheitsgewinn im nächtlichen Verkehr.
  • Durch die neue Konstruktion können nahezu beliebig viele zusätzliche Versorgungsleitungen, auch für zukünftige Zwecke, gut zugänglich in sicherer Höhe einbezogen werden.
  • Die Strukturen der Straßen- und Bahn-Netze können als Träger des gesamten deutschen Strom-Netzes genutzt werden!

Die Investitionen in 3. sind sehr hoch, können aber langfristig auch enorme Kosten sparen und ein starkes Energie-autarkes Rückgrat für verschiedene Anwendungen ermöglichen 

→ Gute Investitionen in die Zukunft!

Leider ist bei der Photovoltaik die Verteilung der Energie-Mengen pro Jahr über dieses und den Tag-Nach-Zyklus zeitlich stark unterschiedlich verteilt, so dass ein Ausgleich, einstweilen über die Stromspeicherung, nötig ist. Mehr dazu im nächsten Artikel.

Referenzen

  1. https://de.wikipedia.org/Photovoltaik_in_Deutschland
  2. https://www.umweltbundesamt.de/daten/flaeche-boden-land-oekosysteme/flaeche/struktur-der-flaechennutzung#textpart-1
  3. https://de.statista.com/themen/1199/strassen-in-deutschland/
  4. https://de.statista.com/statistik/daten/studie/13349/umfrage/laenge-vom-schienennetz-der-db-ag/

Zu beachten ist, dass in der Literatur die verwendeten Sekundär-Daten oft aus der Zeit vor 2010 stammen und nicht mehr aktuell sind, insbesondere die Leistungsfähigkeit der Solarzellen betreffend. Damals lag deren Wirkungsgrad bei 10-15 %, während heutige Solarzellen 23 % effizient sind.

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