Was passiert mit schwimmenden Photovoltaik-Anlagen, wenn die Wasseroberfläche gefriert?

Was geschieht mit einer Floating-Photovoltaik-Anlage in kalten Klimazonen, wenn die Temperaturen unter null Grad sinken und das Wasser gefriert? Wie reagiert die Anlage darauf und welche Risiken könnten mit diesen ungünstigen klimatischen Bedingungen verbunden sein? Wir haben mit Hilfe von Kane Wang, Manager der Abteilung für Systemlösungen bei Sungrow Floating, nach Antworten gesucht.

15. Januar 2021 Emiliano Bellini

Die 500 Kilowatt schwimmende Photovoltaik-Anlage befindet sich in Bayan, wo es im Winter bis zu -20 Grad Celsius kalt wird.

Foto: Sungrow

von pv magazine International

Sungrow Floating, eine Sparte des chinesischen Wechselrichter-Herstellers Sungrow, hat eine schwimmende 500-Kilowatt-Photovoltaik-Anlage auf einer Wasseroberfläche im Landkreis Bayan in der Provinz Heilongjiang im Nordosten Chinas errichtet. Die Anlage bedeckt etwa 90 Prozent der Wasseroberfläche des Sees. Die Temperaturen können dort im Winter auf bis zu -20 Grad Celsius sinken. Das Unternehmen erklärt, was mit der Photovoltaik-Anlage während der Frostperiode passiert.

„Der See friert jedes Jahr für etwa vier Monate von November bis März zu“, erklärte Kane Wang, Manager der Abteilung für Systemlösungen bei Sungrow Floating, auf Anfrage von pv magazine. „Während der Frostperiode des Seewassers wird die gesamte Photovoltaik-Anlage eingefroren.“

Die Eisschicht kann an Stellen, an denen sie dicker ist, zusammengedrückt und angehoben werden, und der schwimmende Solarpark wird an der Oberfläche der Eisschicht befestigt, so Wang. Die Verankerungskonstruktion in extrem kalten Gebieten wird normalerweise installiert, bevor die Temperaturen den Gefrierpunkt erreichen. „Wenn die Installation unter besonderen Umständen in der Frostperiode erforderlich ist, muss zuerst der entsprechende Plan für einen Eisbrecher umgesetzt werden, und das Eis muss vor der Installation entfernt werden“, erklärte Wang. „Gleichzeitig sollte der Einfluss von Treibeis und Frosthub auf die schwimmende Photovoltaik-Anlage bei der Konstruktion des Verankerungssystems berücksichtigt werden.“

Bei der Verwendung von Betonpfählen oder Schwerkraftankern als Unterwasser-Verankerungsmaterial sollte auch der Frosthubwiderstand von Beton berücksichtigt werden. Bei der Verwendung eines Landankers müssen die Quetsch- und Auftriebseffekte des Frostes auf den Anker berücksichtigt werden. Diese unterscheiden sich von denen eines Verankerungssystems in nicht gefrorenen Gebieten.

Wang betonte auch, dass in extrem kalten Gebieten oft hohe Schneelasten auftreten, die spezielle Verankerungsmaterialien, einen relativ langsamen Baufortschritt und höhere Projektkosten als bei herkömmlichen schwimmenden Photovoltaik-Projekten erfordern. „Dann sind die technischen Anforderungen an das schwimmende System noch wichtiger“, fügte er hinzu. „Zum Beispiel sollte ein größeres Auftriebs-Gewichts-Verhältnis bei der Konstruktion berücksichtigt werden, und der Schwimmkörper kann flexibel auf der Grundlage der unterschiedlichen Schneelast in jedem Bereich angepasst werden.“ Die Menge des Schwimmkörpers kann je nach lokaler Schneelast erhöht oder reduziert werden, um den einstellbaren Auftrieb pro Flächeneinheit zu realisieren und so die optimalen Systemkosten zu erreichen, betonte er.

Sungrow Floating erklärte, dass seine Produkte die wichtigsten Anforderungen von extrem kalten und gefrierenden Gebieten erfüllen. „Die Produktmaterialien müssen in der Lage sein, extrem niedrigen Temperaturen zu widerstehen, damit es nicht zu spröden Rissen oder Brüchen kommt“, erklärte der Manager. „Das Design der Struktur muss auch den Einfluss von Frosthub berücksichtigen.“ Das bedeutet, dass die gesamte Anlagenstruktur eine ausreichende Festigkeit aufweisen muss, um dem Einfrieren zu widerstehen, was durch eine Reihe von Gefriertests und Temperaturzyklustests überprüft werden muss.

Die ausgewählten Komponenten müssen auch in der Lage sein, schweren Schneelasten auszuhalten, und es muss ein ausreichender Sicherheitsauftrieb berücksichtigt werden. „Schließlich ist es in Bezug auf das Verankerungssystem notwendig, die Aufpralllast des schwimmenden Eises auf die Photovoltaik-Anlage sowie die Sicherheit der Verankerungskonstruktion während der Frostperiode und temporäre Verankerungsmaßnahmen zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass das schwimmende System keinen Ausfall und Unfallschaden hat“, sagte Wang.

Darüber hinaus spezifizierte er, dass die niedrige Temperatur während der Frostperiode die Stromerzeugung des schwimmenden Systems erhöht. Die Anlage wurde 2018 auf einer Wasserfläche von rund 5000 Quadratmetern in Betrieb genommen. Es sind Sungrow-Wechselrichtern mit einer Leistung von 60 bis 80 Kilowatt und Solarmodule mit einer Leistung zwischen 275 und 315 Watt, die von einem nicht genannten Hersteller stammen, verbaut.

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