Floating solar panels threaten to disturb water ecosystem

Experten empfehlen, die Dächer von Gebäuden zu nutzen, um das Potenzial für die Installation von Solarsystemen voll auszuschöpfen. Städtische Dächer sind überhitzt, ungenutzte Räume und die Installation von Paneelen auf Dächern wird sie nicht nur abkühlen, sondern auch den Landbedarf senken, argumentieren sie

Die räumliche Ausdehnung der Sonnenkollektoren kann die Menge des in das System einfallenden Sonnenlichts verändern. Dies kann verschiedene Ebenen der Nahrungskette und biogeochemische Kreisläufe beeinträchtigen.

Als das ehrgeizige nationale Ziel „100 GW Solarenergie bis 2022“ näher rückt, scheinen fast überall Sonnenkollektoren aufzutauchen. Nachdem sie landwirtschaftliche Flächen überspannt, Brachflächen verdeckt und eine Handvoll Dächer geschmückt haben, werfen die Paneele jetzt Anker auf Gewässern. Angesichts der Verzögerung bei Landakquisitionen oder anderer Herausforderungen im Zusammenhang mit der Verfügbarkeit von Land für bodenmontierte Solarmodule haben sich die Regierungen den Wassersystemen zugewandt, um die neue Welle der Floatovoltaik (schwimmende Photovoltaik) zu bewältigen.

Anfang dieses Jahres kündigte die Regierung von Madhya Pradesh das weltweit größte schwimmende Solarprojekt mit einer Leistung von 600 Megawatt (MW) in den Backwaters des Omkareshwar-Staudamms an. Das Projekt wird voraussichtlich eine Wasserfläche von ca. 2000 ha umfassen und 2022-23 in Betrieb gehen. Im Dezember 2020 kündigte Maharashtra im Rahmen des nationalen Energiesicherheitsprogramms eine schwimmende Solaranlage mit einer Leistung von 80 MW am mittleren Vaitarana-Damm an. Karnataka mit einer installierten Gesamtleistung von 7.366 MW Solarenergie im Dezember 2020 hat kürzlich seinen Entwurf für eine Richtlinie für erneuerbare Energien 2021-2026 veröffentlicht, der schwimmende Solarprojekte auf Stauseen und Seen umfasst. Sogar die Unternehmen des öffentlichen Sektors (PSUs) des Landes haben groß angelegte schwimmende Solartender herausgegeben, die den Floatovoltaikmarkt aufheizen.

Laut einer kürzlich von The Energy and Resources Institute (TERI) in Zusammenarbeit mit dem India-Programm der Energy Transmission Commission durchgeführten Studie aus dem Jahr 2019 befanden sich mehr als 1,7 GW in verschiedenen Entwicklungsstadien, während Floatovoltaik-Projekte mit einer Leistung von 2,7 MW in Betrieb waren.

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Diese Flut von Aktivitäten hat Forscher und Süßwasserökologen besorgt. Da mehrere Projekte geplant sind, befürchten Experten, dass den Auswirkungen der Floatovoltaik auf Gewässer und ihre Ökosysteme wenig Aufmerksamkeit geschenkt wird. Temperaturschwankungen, verlängerte Schichtung, wenig gelöster Sauerstoff (DO), anaerobe Zersetzung, Auswirkungen auf das Wasserleben, Wachstum schattenresistenter Cyanobakterien (Blaualgen) und Auswirkungen auf den Nahrungslebensraum von Zugvögeln und ansässigen Vögeln sind nur einige davon Sorgen.

Schwimmende solare Alpträume

Laut Experten kann das Solarpanel-Array das Eindringen von Sonnenlicht in Gewässer blockieren und den Wärmegradienten (sowohl in lateraler als auch in longitudinaler Richtung) stören.

„Damit ein Ökosystem funktioniert, sollte seine Struktur intakt bleiben. Die räumliche Ausdehnung der Sonnenkollektoren kann die Menge des in das System einfallenden Sonnenlichts verändern. Dies kann verschiedene Ebenen der Nahrungskette und der biogeochemischen Kreisläufe (Wasserkreislauf, Kohlenstoffkreislauf, Stickstoffkreislauf) des aquatischen Ökosystems beeinträchtigen. Floatovoltaik ist eine Ad-hoc-Lösung, die sich auf lange Sicht als nicht nachhaltig erweisen wird “, sagt TV Ramachandra, Koordinator der Energy & Wetlands Group, Zentrum für ökologische Wissenschaften, Indian Institute of Science (IISc).

Forscher sagen, dass sich das aquatische Ökosystem bei optimaler Temperatur vermehrt und das Vorhandensein von Sonnenkollektoren auf der Oberfläche das Temperaturprofil verändern kann. Dies kann eine Reaktionskette auslösen, die zu verschiedenen nachteiligen Auswirkungen auf das Ökosystem führt.

„Wenn weniger Sonnenlicht zur Verfügung steht, nehmen die photosynthetischen Aktivitäten im Wasser ab. Eine niedrige Photosyntheserate führt zum Verlust von Phytoplankton (mikroskopisch kleine Pflanzen), Makrophyten (Wasserpflanzen, die eingetaucht werden oder auftauchen können) und weniger Sauerstoff im Gewässer. Sterbende Pflanzen wirken sich weiter auf die Wasserfauna aus, die sich von den Pflanzen und den Pflanzenfressern ernährt. Während einerseits Mangel an Nahrung zum Verlust von Wasserlebewesen führt, führt die Zersetzung dieser organischen Substanz zu einem Temperaturanstieg, wodurch der Sauerstoffgehalt verringert wird. Dieser Temperaturanstieg und die Freisetzung von Nährstoffen wie anorganischen Nitraten und Phosphaten können den Eutrophierungsprozess (überschüssige Nährstoffe in einem Gewässer) auslösen und zu einer Algenblüte führen (aufgrund der Proliferation von Cyanobakterien). Der Verlust der Wasserfauna wirkt sich auch auf den Lebensraum von Zugvögeln und einheimischen Vögeln aus “, erklärt Vidyadhar Atkore, ein Wasserökologe, der an der Artenvielfalt von Flüssen und Feuchtgebieten in Indien arbeitet.

Laut einer kürzlich von Forschern in Großbritannien und den USA durchgeführten Studie könnte die Floatovoltaik auch die Wechselwirkung zwischen dem Gewässer und der Atmosphäre beeinträchtigen und das Auftreten einer Tiefwasseranoxie (Abwesenheit von Sauerstoff) verursachen, die zur Freisetzung von Phosphor aus Bettsedimenten führt .

„Phosphor kommt auf natürliche Weise im Sedimentbett vor und wird viel langsamer im Wasser freigesetzt. Während einer Tiefwasseranoxie, die durch eine Verringerung der Oberflächenerwärmung und der Windmischung hervorgerufen werden kann, setzt das Sediment Phosphor frei. Phosphor ist als der wachstumslimitierendste Nährstoff für Wasserpflanzen bekannt, der das Nahrungsnetz beeinträchtigen kann, wenn er in überschüssiger Menge zur Verfügung gestellt wird. Zu viel Phosphor kann zur Algenblüte und zum Wachstum großer Wasserpflanzen führen, was den Sauerstoffgehalt weiter senken kann. Ein hohes Algenwachstum kann auch Algentoxin freisetzen, das für die Gesundheit von Mensch und Tier schädlich sein kann “, sagt Atkore.

Infolge des reduzierten Sonnenlichts können schwimmende Solaranlagen auch große Bereiche mit ungleichmäßiger Oberflächenerwärmung verursachen, die Effizienz des Reservoirumsatzes verringern und das Pflanzenwachstum in der Küstenzone (in Küstennähe, wo das Sonnenlicht bis zum Grund des Wassers eindringt) beeinträchtigen Körper, damit Wasserpflanzen wachsen können). Experten sagen, dass die Wirkung von Sonnenkollektoren auf einen Wasserkörper sehr ungewiss ist und je nach Wasserkörperform und Floatovoltaik-Architektur unterschiedlich sein wird.

„In Teichen mit einer Tiefe von nur einem Meter sind tägliche Schichtungs- und Destratifizierungszyklen normal und spielen eine wichtige Rolle bei der Vermischung von Sauerstoff und Nährstoffen. Die Schichtung verringert die Wasserqualität, was sich auf die Belastung mit Phytoplankton, Nährstoffen und Schadstoffen auswirkt. Darüber hinaus können diese hydrologischen Veränderungen in Kombination mit der verringerten Menge an Sonnenlicht erhebliche ökologische Folgen haben “, sagt Jai Asundi, Geschäftsführer des Zentrums für Wissenschafts-, Technologie- und Politikstudien (CSTEP).

Vorteile der Floatovoltaik: Überzeichnet oder das Opfer wert?

Zu den berichteten Vorteilen der Floatovoltaik zählen die landneutralen Eigenschaften, die Verringerung der Wasserverdunstung und das geringere Algenwachstum. Nach Ansicht einiger Experten sind diese Behauptungen jedoch oberflächlich und basieren nicht auf wissenschaftlichen Langzeitstudien.

Erstens argumentieren Befürworter der Floatovoltaik, dass der Prozess des Landerwerbs voller Hindernisse ist, was zu langsamen Fortschritten bei der Erreichung des ehrgeizigen Ziels von 100 GW bis 2022 führt und landgestützte Solaranlagen nicht realisierbar macht. Naturschützer und Forscher haben einen anderen Standpunkt. „Wenn wir PV-Zellen einsetzen müssen, warum nutzen wir dann nicht zuerst die Gebäudedächer, um das volle Potenzial auszuschöpfen? Städtische Dächer sind überhitzte, ungenutzte Räume, und die Installation von PV-Modulen auf Dächern kühlt sie nicht nur ab, sondern senkt auch den Flächenbedarf. Ja, wir können keine Mega-Solarprojekte auf Dächern durchführen, aber hat Mega-Solar auf einem Stausee einen großen Vorteil gegenüber dem gesamten Dach einer Kleinstadt, das mit Sonnenkollektoren bedeckt ist? Warum natürliche Orte übernehmen, wenn wir massive Institutionen haben und neben diesen Gewässern bauen? Warum nicht zuerst alle Ödländer abdecken, bevor wir unsere Augen auf Seen und Stauseen richten? “ fragt Veena Srinivasan, Fellow des Ashoka Trust für Forschung in Ökologie und Umwelt (ATREE).

Zweitens wird angenommen, dass Floatovoltaik, da sie auf Wasseroberflächen eingesetzt wird, auch zur Verringerung der Verdunstung durch Bedecken der Oberfläche und durch Begrenzen der Wechselwirkung mit Wind von Vorteil ist. Auch hier unterscheiden sich die Experten. „Die Verdunstung muss stattfinden, um den Evapotranspirationszyklus in den aquatischen Systemen abzuschließen, damit sie gesund und effizient funktionieren. Es ist auch ein wesentlicher Bestandteil des jährlichen Wasserbudgets. Daher ist die Verringerung der Verdunstung kein Vorteil, sondern kann sich nicht nur nachteilig auf aquatische Ökosysteme, sondern auch auf den Menschen auswirken “, sagt Ramachandra von IISc.

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Und schließlich führen die Befürworter der Floatovoltaik eine Verringerung des Algenwachstums aufgrund des Schattens an, den die Paneele der Wasseroberfläche bieten. Verschiedene Studien in der Vergangenheit haben jedoch gezeigt, dass Cyanobakterien in ihren Eigenschaften, ihrer Toleranz und Empfindlichkeit stark variieren und bei niedrigeren Temperaturen nicht als wettbewerbsmäßig minderwertig angesehen werden können. Darüber hinaus sind einige Cyanobaterien aufgrund ihrer Effizienz bei der Lichtgewinnung und der Regulierung des Auftriebs schattentolerant. Einer Studie zufolge könnte eine Änderung der Luft-Wasser-Grenzfläche aufgrund des physischen Vorhandenseins der Sonnenkollektoren die Oberflächenmeteorologie beeinflussen, und niedrige Temperaturen können die Biomasse von Cyanobakterien verstärken und die Freisetzung von Phosphor aus Bodensedimenten auslösen.

Einige andere berichtete Vorteile der Floatovoltaik sind die einfache Bereitstellung, Installation und Reinigung. höhere Energieerzeugung; Flexibilität bei der gemeinsamen Nutzung vorhandener elektrischer Infrastrukturen; und einfache Integration in bestehende Wasserkraftwerke. Experten sagen jedoch, dass es notwendig ist, den Kompromiss zwischen dem „Risiko“ und der „Rendite“ der Floatovoltaik sorgfältig zu analysieren, bevor man zum Zug übergeht.

Können wir die mit der Floatovoltaik verbundenen Auswirkungen auf die biologische Vielfalt abmildern?

In ihrem jüngsten Bericht hebt die Internationale Union für Naturschutz (IUCN) deutlich den Mangel an ausreichenden Studien und Daten zu den langfristigen Auswirkungen des Einsatzes von Floatovoltaik in großem Maßstab auf Gewässer hervor. Da die Eigenschaften des Wasserkörpers stark variieren, ist das Ausmaß der Auswirkungen ortsspezifisch und daher ist es wichtig, alle Faktoren zu berücksichtigen, bevor die Paneele eingesetzt werden.

Während es die erste Wahl sein sollte, das Wassersystem frei von PV-Zellen zu halten, sagen Experten, dass unvermeidliche Installationen erst nach Analyse des Tiefenprofils und der Geomorphologie der Gewässer durchgeführt werden sollten.

„Es besteht eine Wissenslücke, die wir vorrangig schließen müssen. Darüber hinaus trägt in einem aquatischen System jede Wassertiefe zu einer anderen Komponente der biologischen Vielfalt bei. Im Falle einer unvermeidbaren Installation ist eine sorgfältige Untersuchung des Gewässers unerlässlich. Es sollte entschieden werden, welcher Teil des Feuchtgebiets der biologischen Vielfalt und den Menschen, deren Lebensunterhalt von diesen Gewässern abhängt, entzogen werden soll. Obwohl große Stauseen tief sind und ihre Fähigkeit, biologische Vielfalt aufzunehmen, relativ begrenzt ist, fehlt sie selten “, sagt Jagadish Krishnaswamy, Senior Fellow des Ashoka Trust für Forschung in Ökologie und Umwelt (ATREE).

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Verwendung von ungiftigem und korrosionsarmem Material für Projektkomponenten; Konstruktionsänderungen zur Gewährleistung einer minimalen Bedeckung der Wasseroberfläche, die Entwicklung neuartiger Materialien und technologische Modifikationen während der Installation der Paneele sind eine Alternative, die vermutlich die möglichen nachteiligen Auswirkungen abschwächen kann.

„Entwerfen Sie die Installation so, dass der Wasserkörper möglichst wenig Schatten erhält. Lassen Sie zwischen den Paneelreihen genügend Platz, damit das Licht nach Möglichkeit hindurchtreten kann, und halten Sie die Reihenbreiten auf ein Minimum, indem Sie die Solarmodule im Querformat installieren. Durch den Abstand können die negativen Auswirkungen der Paneele auf die Wasserqualität weiter gemindert werden. Entwerfen Sie das Festmacher- und Elektrosystem mithilfe horizontaler Richtungsbohrungen, Anker und Schwimmer so, dass ein Ziehen auf den unteren Substraten verhindert wird “, fügt Asundi von CSTEP hinzu.

(Der Artikel erschien zuerst auf Mongabay)

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