Photovoltaische Freiflächenanlagen

Diplomarbeit von Brigitte Kallmünzer

Einleitung:

Mit der seit ca. 100 Jahren stark zunehmenden Verbrennung fossiler Brennstoffe und der damit verbundenen Kohlendioxid (CO2)–Freisetzung in die Atmosphäre ging bislang nach gängiger Expertenmeinung ein weltweiter Temperaturanstieg von 1 Grad Celsius einher. Diese Temperaturerhöhung steigert die Wahrscheinlichkeit, dass Wetterextreme wie z. B. Sturmfluten, Dürre oder Starkregenereignisse häufiger und intensiver als bisher auftreten.

Die internationale Politik reagierte zum ersten Mal 1992 in Rio mit der UN-Klimarahmenkonvention auf diese Problematik, als sich die 154 unterzeichnenden Staaten zu einer langfristigen Senkung der Treibgasemissionen verpflichteten. Im Rahmen der 3. Klimarahmenkonvention in Japan 1997 wurde schließlich im sog. Kyoto-Protokoll festgelegt, dass bis zum Jahr 2012 die 35 ratifizierenden Industrieländer ihre CO2-Emissionen insgesamt um mindestens 5 % im Vergleich zum Referenzjahr 1990 verringern. Die Reduktionsvorgabe für Deutschland wurde mit 21 % bis zum Jahr 2012 im Vergleich zum Jahr 1990 festgesetzt. Dieses Ziel soll nach dem Willen der Bundesregierung v. a. durch den verstärkten Einsatz erneuerbarer Energien erfüllt werden. Zusätzlich wurde durch die Atomgesetzesnovelle vom April 2002 der Ausstieg aus der Kernenergie bis zum Jahre 2020 beschlossen, was eine weitere Forcierung der Entwicklung und Förderung alternativer Energiequellen notwendig macht. Eine Möglichkeit, diese Reduktionsvorgabe zu erreichen, ist die Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien am gesamten Stromverbrauch. Erstes Etappenziel in diesem Sinne ist die Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien auf 12,5 % im Jahr 2010 (zum Vergleich: 6,25 % im Jahr 2000).

Die photovoltaische Stromerzeugung mittels Freiflächenanlagen stellt eine Möglichkeit der alternativen Energiegewinnung dar und steht im Mittelpunkt dieser Arbeit.

Bei Photovoltaischen Freiflächenanlagen (PFAs) handelt es sich um ein relativ junges Phänomen im Bereich der erneuerbaren Energien. Ein Großteil der Anlagen wurde in den letzten 3 Jahren erbaut. Im Zuge der Änderung des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes (EEG) im Januar 2004 sind nun auch diese Freiflächenanlagen ausdrücklich in die Förderung miteinbezogen worden, was zu einem enormen Bauboom seit Beginn dieses Jahres geführt hat. Das bedeutet für die (Planungs-) Praxis, dass diese Anlagen nun nicht mehr als Ausnahmefälle, sondern vielmehr als Normalfälle zu betrachten sind. Trotzdem sind die sie betreffenden Vorschriften und Regelungen noch wenig konkret und z. T. auch widersprüchlich. Zudem besteht Informationsbedarf dahingehend, wie bereits existente Regelungen (z. B. des Baugesetzbuches) auf PFAs anzuwenden sind Desweiteren sind die Auswirkungen von PFAs auf den sie umgebenden Raum zu berücksichtigen, sei es in Bezug auf Natur und Landschaft oder im Hinblick auf die städtebaulichen Folgen. Das Ausmaß der Umweltfolgen hängt wesentlich von der Wahl des Standortes für die PFA ab, so dass der Ermittlung geeigneter Flächen zur Errichtung von PFAs zentrale Bedeutung zukommt.

Problemstellung:

Der vorliegenden Untersuchung liegen folgende Fragestellungen zu Grunde, wobei die Punkte 4. und 5. die eigentlichen Schwerpunkte der Arbeit darstellen:

1. Was sind die Vorteile- und Nachteile der Nutzung von erneuerbaren Energien im Gegensatz zu konventionellen Energien?

2. Welche Bedeutung hat die photovoltaische Stromerzeugung durch Freiflächenanlagen innerhalb des Spektrums der erneuerbaren Energien?

3. Welche Umweltauswirkungen üben Freiflächenanlagen aus?

4. Wie sind Photovoltaische Freiflächenanlagen in planungsrechtliche und energiewirtschaftliche Regelungen eingebunden?

5. Wie können - mit Hilfe von Geographischen Informationssystemen - geeignete Standorte zur Errichtung von Photovoltaischen Freiflächenanlagen ermittelt werden?

6. Wie ist die Eignung von Geographischen Informationssystemen für solche Aufgaben zu beurteilen?

Aufbauend auf den Fragestellungen 1. bis 3. erfolgt im ersten Schwerpunkt der Arbeit eine Erörterung und Beurteilung der derzeit aktuellen (planungs-) rechtlichen Rahmenbedingungen für Photovoltaische Freiflächenanlagen; ggf. werden Verbesserungsvorschläge unterbreitet. Soweit vorhanden, werden die dazu existenten Regelungen im Bundesland Bayern behandelt, ansonsten diejenigen des Bundes. Die Bestimmungen des EEG sind dabei von besonderer Bedeutung, da diese nicht nur die Vergütung für photovoltaisch erzeugten Strom festlegen, sondern auch Vorgaben liefern, auf welchen Flächen förderungswürdige PFAs errichtet werden können. Die aus dieser Diskussion gewonnenen Kenntnisse finden z. T. weitere Verwendung im Rahmen des zweiten Schwerpunktes.

Dieser berücksichtigt im Gegensatz dazu alle für die Errichtung einer PFA in Frage kommenden Flächen, d. h. es wird also nicht zwischen förderungswürdigen und nicht förderungswürdigen Flächen unterschieden. Vielmehr handelt es sich um eine (natur-) räumliche Betrachtungsweise. Ziel ist die Entwicklung eines systematisierten und allgemein anwendbaren Standortsuchverfahrens für PFAs mit Hilfe eines rechnergestützten Geographischen Informationssystems (GIS), hier der Anwendung ArcView 8, welches die Erfassung, Speicherung, Verwaltung, Analyse und Darstellung und raumbezogener Daten ermöglicht. Dieses GIS-gestützte Standortsuchverfahren wird exemplarisch anhand der Gemeinde Kirchweidach im Landkreis Altötting durchgeführt. Der Entwicklung der Methodik wird dabei besondere Aufmerksamkeit geschenkt.

Eine abschließende Betrachtung geht auf die Eignung von GIS für diesee Fragestellungen ein.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 4, Umweltauswirkungen von Photovoltaischen Freiflächenanlagen: Bereits die Abschnitte 2.2, 2.6 und 3.4.2 nehmen kurz zu den Umweltauswirkungen von PFAs Stellung. Das Kapitel 4 erläutert diese nun detaillierter.

Kapitel 4.1,Flächenverbrauch: Die Schlagwörter Flächenversiegelung und Flächenverbrauch werden in der Diskussion um die Umweltauswirkungen von Freiflächenanlagen oft gleichbedeutend verwendet. Allerdings kann im Zusammenhang mit der Errichtung einer PFA nicht von Flächenversiegelung gesprochen werden. Vielmehr handelt es sich um Flächenverbrauch, da die benötigte Fläche anderen Nutzungen ganz oder teilweise entzogen wird. Versiegelung findet nur durch Fundamente, Stationsgebäude oder durch weitere Infrastruktur (z. B. Zufahrtswege) statt. Im Falle der von Teggers-Junge untersuchten Umwelttarifanlagen des RWE-Konzerns betrug diese oben beschriebene Versiegelung lediglich 3 %.

Der verbleibende Rest konnte begrünt und extensiv landwirtschaftlich genutzt werden, sei es z. B. durch extensive Schafhaltung oder durch ein- bis zweimalige Mahd der Grünflächen. Auch Seltmann spricht von einer durchschnittlichen Versiegelung von 3 % durch die Fundamente.

Häufig findet sogar eine ökologische Aufwertung der Flächen statt, denn es entstehen Rückzugsgebiete für die heimische Pflanzen- und Tierwelt. Entscheidende Parameter hierfür sind die Größe der Module sowie die Art ihrer Aufstellung. Diese beeinflussen maßgeblich, wie viel Licht und Niederschlag auf die Erdoberfläche gelangen kann.

Kapitel 4.2, Flora und Fauna: Um die Auswirkungen von Freiflächenanlagen auf Flora und Fauna zu untersuchen, vergleicht Teggers-Junge in ihrer Studie zwei Anlagen des RWE-Konzerns. Unter der 360-kW-Anlage am Neurather See ist die 300 m² große Fläche unter den vergleichsweise großen Modulen weitgehend verloren. Die an einem Südhang errichteten Modultische mit einer Größe von 9 mal 33 m führen zu einer fast völligen Bodenabschattung und verhindern so die Vegetationsentwicklung.

Positives Gegenbeispiel hierzu ist die 344-kW-Anlage in Kobern-Gondorf. Die wesentlich kleineren Modultische von 2 mal 13 m bzw. 3 mal 3 m verteilen sich weiträumig auf einer Fläche von 55.000 m², so dass sich auf dem ehemaligen Acker eine artenreiche Wiese entwickeln kann, die ein- bis zweimal im Jahr gemäht wird. Lediglich unter den langen Modulreihen ist die Pflanzenwelt um bis zu zehn Arten ärmer als auf vergleichbaren Freiflächen. Unter den quadratischen Modulen in Kobern-Gondorf hingegen sind keinerlei Einbußen festzustellen. Neben der Modulgröße sollte zudem ein Mindestabstand von 60 bis 80 cm zwischen Boden und unterer Modulkante eingehalten werden, um eine ausreichende Wuchsfreiheit zu ermöglichen. Insgesamt können auf dem Gelände der Anlage in Kobern-Gondorf etwa 130 Pflanzenarten gezählt werden. Auf intensiv genutzten Wiesen sind es im Schnitt dagegen nur 15 Pflanzenarten.

Negative Auswirkungen auf die Tierwelt sind nicht bekannt. Es gibt weder bewegliche Teile noch Lärmemissionen, die abschreckend auf die Fauna wirken könnten. Auch die geringen Wartungsintervalle fördern die Entwicklung von Rückzugsgebieten für Pflanzen und Tiere. Bei der Anlage Kobern-Gondorf nutzten Vögel die Modul-Aufständerung sogar als Ansitz oder Nistplatz.

Die Freihaltung der Anlagen geschieht in vielen Fällen durch Schafbeweidung. In der Oberpfalz konnte dadurch sogar eine einst vom Aussterben bedrohte Schafrasse in ihrem Bestand gesichert werden.

Im Falle einer geplanten Anlage im südbadischen Hüfingen jedoch wurden seitens des Umweltamtes Bedenken angemeldet, da die Auswirkungen der Anlage auf die Vogelwelt erst noch geklärt werden müssten.

Kapitel 4.3, Landschaftsbild: Bedingt durch die geringe Bauhöhe von maximal 3 m sind die Beeinträchtigungen des Landschaftsbildes im Vergleich zu anderen Stromerzeugungsanlagen (herkömmliche Kraftwerke, Windkraftanlagen) gering und die Veränderung des Landschaftsbildes beschränkt sich auf den Nahbereich der Anlagen. Zusätzlich ist eine Verringerung der Sichtbarkeit durch Begrünung der Einzäunung oder Hecken möglich. Lediglich an exponierten Stellen oder Hanglagen ist ein Veränderung des Landschaftsbildes über den Nahbereich hinaus gegeben. Negative Auswirkungen auf das Landschaftsbild können darüber hinaus gemindert bzw. vermieden werden, wenn auf bereits vorbelastete Standorte für den Bau von Freiflächenanlagen zurückgegriffen wird. Oft werden Flächen in der Nähe von Umspannanlagen oder anderen Bebauungen gewählt, da dort bereits die benötigte Infrastruktur vorhanden und das Landschaftsbild durch diese Anlagen bereits vorgeschädigt ist. Auch das EEG verlangt zur Erlangung der Förderungswürdigkeit die Nutzung bereits beeinträchtigter Flächen.

Kapitel 4.4, Emissionen: Aufgrund des geräuschlosen und partikelfreien Betriebes der PFAs, ist deren Emissionsbilanz im Vergleich zu anderen Methoden der Energieerzeugung kaum zu übertreffen. Auch Lichtreflexionen bzw. Verspiegelungen durch die Solarmodule sind nicht zu befürchten. Da Solaranlagen Gleichstrom erzeugen, werden beim Betrieb von PFAs zudem keine hochfrequenten elektromagnetischen Wellen, also Elektrosmog, freigesetzt. Nur durch den Polwechsel beim Wechselstrom entsteht das für den Elektrosmog verantwortliche elektromagnetische Feld.

Kapitel 4.5, Energierückführung: Ein häufig gegen die Photovoltaik eingewandtes Argument ist der hohe Energieaufwand, der für die Herstellung von Solarzellen betrieben werden muss. Die Energieamortisationszeit gibt die Betriebsdauer einer Solarstromanlage an, die notwendig ist, um die Energiemenge zu ernten, die zu ihrer Herstellung benötigt wurde. Diese ist abhängig vom Standort und Solarzellentyp.

Die Energierücklaufzeit heutiger Solarzellen liegt zwischen 4 bis 7 Jahren. Allerdings ist die durchschnittliche Lebensdauer von Solarzellen mit 20 bis 30 Jahren deutlich länger als deren Energierücklaufzeit, d. h. die Bilanz ist auch hier positiv.

Kapitel 4.6, Fazit: Die Berücksichtigung bestimmter Voraussetzungen bei der Standortwahl und dem Bau einer Freiflächenanlage kann durchaus mit einer ökologischen Aufwertung der Flächen einhergehen, z. B. wenn intensiv genutztes Ackerland über den Bau einer PFA in Grünland umgewandelt wird. Das Landschaftsbild erfährt kaum eine Beeinträchtigung, wenn Hanglagen gemieden und die Anbindung an bereits bebaute oder anderweitig vorbelastete Flächen angestrebt wird. Die Modulflächen selbst sollten nicht zu groß sein, damit ausreichend Licht und Feuchtigkeit auf die Erdoberfläche gelangen kann. Genügend Wuchsfreiheit für die Vegetation gewährleistet eine Mindestmodulhöhe von ca. 60 bis 80 cm gewährleistet. Auch konnten bislang keine wesentlichen Beeinträchtigungen der Fauna nachgewiesen werden, was auf den bewegungslosen und geräuschfreien Betrieb der Anlagen zurückzuführen ist.

Darüber hinaus sind die durch PFAs verursachten Eingriffe in die Natur vergleichsweise leicht auszugleichen. Anders als bei z. B. Braunkohle- oder Atomkraftwerken, kann auch der ursprüngliche Zustand der durch die PFA genutzten Fläche relativ leicht wiederhergestellt werden. Allerdings stellt sich hier die Frage, ob dies nach einer 20 bis 30jährigen Stilllegungsphase überhaupt sinnvoll ist, denn in diesem Zeitraum kann sich durchaus ein ökologisch wertvoller Lebensraum entwickeln.

Abschließend ist festzustellen, dass die photovoltaische Stromerzeugung durch Freiflächenanlagen ökologisch durchaus positiv zu bewerten ist, v. a. dann, wenn auch die durch herkömmliche Kraftwerke verursachten Umweltschäden in der Diskussion berücksichtigt werden. Darüber hinaus befassen sich zahlreiche energiewirtschaftliche und planungsrechtliche Bestimmungen mit den von einer PFA ausgehenden Auswirkungen auf die sie umgebende Umwelt. Diese sind Gegenstand des nun folgenden Kapitels.