Im Auftrag des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV) ermittelte die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) das Potential zum Ausbau von Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) an Bundesfernstraßen. Die Ergebnisse der Studie „Potenziale für Photovoltaik an Bundesfernstraßen“ liegen jetzt als Bericht der BASt (Verkehrstechnik Heft V 382) vor.
Im Auftrag des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV) ermittelte die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) das Potential zum Ausbau von Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) an Bundesfernstraßen. Die Ergebnisse der Studie „Potenziale für Photovoltaik an Bundesfernstraßen“ liegen jetzt als Bericht der BASt (Verkehrstechnik Heft V 382) vor. Demnach wurden rund 250.000 potentiell geeignete Flächen festgestellt, auf denen PV-Freiflächenanlagen mit einer Gesamtleistung im zweistelligen Gigawattbereich errichtet werden könnten.
Bei der Suche nach Flächen entlang der Bundesfernstraßen (Bundesstraßen und Autobahnen), die sich als Standort für Photovoltaik-Freiflächenanlagen (PV-FFA) eignen, berücksichtigten die Analystinnen und Analysten Dorothea Ludwig, Anja Tegeler, Daniel Schmedes und Luca Tomhave von der IP SYSCON GmbH, Hannover, sowie Andreas Hensel, Jacob Forster, Alexander Kleinhans, Martin Heinrich, Robert John und Christian Schill vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), Freiburg, verschiedene Anlagentypen, darunter PV-Anlagen:
Tankstellengebäuden, Straßen- und Autobahnmeistereien sowie Salzhallen,
Grafik: BASt
Laut der Studie gibt es bundesweit an Bundesfernstraßen geeigneten und erschließbaren Platz für Freiflächen-PV im zweistelligen Gigawattbereich (GW).
Gut zu wissen: Das Potential der Straßenflächen selbst, das sich mit PV-Überdachungen erschließen lassen würde, berücksichtigte die Studie nicht. Die StudienmacherInnen weisen zudem ausdrücklich darauf hin, dass die PV-Leistungspotentiale von Lärmschutzwänden und Gebäuden entlang der Bundesfernstraßen zwar geringer seien, aber dennoch äußerst attraktiv fürs Erschließen wären. Um Beeinträchtigungen der Schallschutzwirkung zu vermeiden, habe man beim Belegen der Lärmschutzwände einen eher konservativen Ansatz mit Aufsätzen gewählt. Außerdem wären bei einem Teil der Lärmschutzwände auch an den Seiten angebaute Konstruktionen als Installationsort für PV-Module denkbar, was die installierbare Leistung pro Meter Lärmschutzwand erhöhen würde.
Angesichts des gesamten Bedarfs an PV-Zubau in Deutschland von 430 GWP bis zum Jahr 2045 seien die ermittelten Leistungspotenziale entlang der Bundesfernstraßen relevant, schreiben die StudienautorInnen.
Susanne Henckel, Staatssekretärin im Bundesministerium für Digitales und Verkehr sagte in der zugehörigen Pressemitteilung:
„Photovoltaik-Anlagen an Fernstraßen bieten großes Potenzial für die nachhaltige Energiegewinnung. ... Dieses Potenzial wollen wir heben, indem bei der Planung des Neu- und Ausbaus von Bundesfernstraßen künftig immer geprüft werden soll, inwieweit die zugehörigen Flächen für Photovoltaik-Anlagen genutzt werden können. Die rechtlichen Rahmenbedingungen haben wir bereits 2023 mit dem Genehmigungsbeschleunigungsgesetz geschaffen, das den Ausbau von PV-Anlagen auf und an Bundesfernstraßen beschleunigt und vereinfacht. Jetzt leiten wir gemeinsam mit der Autobahn GmbH zügig die für die praktische Anwendung notwendigen nächsten Schritte ein. Dazu zählt u.a. die Erstellung eines bundesweiten Katasters.“
Und Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Markus Oeser, Präsident der BASt, sagte:
„Elektromobilität leistet vor allem dann einen wichtigen Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen, wenn die benötigte Energie regenerativ erzeugt wird. Ein Ansatz, um die benötigte Energie abnehmernah und somit netzentlastend bereitzustellen, ist die Nutzung von Verkehrsbegleitflächen. In der im Auftrag der BASt durchgeführten Studie wurden die neuesten solaren Einstrahlungsmodelle mit einem leistungsfähigen GIS-System kombiniert. Damit wurden bundesweit sämtliche Flächen entlang von Bundesfernstraßen auf ihre potenzielle Tauglichkeit zur Installation von PV-Anlagen untersucht. Derzeit arbeiten wir in der BASt daran, die Methodik der Potenzialermittlung mithilfe von KI-Einsatz noch weiter zu verfeinern.“
Das sind die nächsten Schritte
Das BMDV teilte gegenüber der Presse mit, dass die Autobahn GmbH des Bundes anhand auch der vorgelegten Studienergebnisse ein bundesweites Kataster mit den grundsätzlich nutzbaren Flächen und Anlagen, die sich im Eigentum der Autobahn GmbH befinden, erstellen werde. Anschließend prüfe die Autobahn GmbH, ob es sich rechne, dass sie die PV-Anlagen dort selbst errichten und betreiben könne. Bestehe seitens der Autobahn GmbH des Bundes kein Eigenbedarf, könne sie zukünftig interessierten Dritten – zum Beispiel Kommunen, AnliegerInnen und InvestorInnen – das Nutzungsrecht an den entsprechenden Flächen zur Erzeugung erneuerbarer Energien vertraglich gewähren. Die Autobahn GmbH des Bundes finalisiere aktuell die hierzu notwendigen vertraglichen Regelungen.
Für jeden möglichen PV-Anlagentyp entlang der Bundesfernstraßen legten die Studienautorinnen und -autoren bestimmte Parameter fest:
PV-Anlagen auf Lärmschutzwällen (in die Oberfläche modellierte PV-Module):
PV-Anlagen entlang von Bundesfernstraßen – alles was deutsches Recht ist
Die Studie berücksichtigt diese drei für die Errichtung von Photovoltaik-Freiflächenanlagen entlang von Bundesfernstraßen relevanten Gesetze:
Die Studienautorinnen und -autoren weisen darauf hin, dass bei den potentiell geeigneten PV-Flächen die Zuständigkeiten und Besitzverhältnisse nicht berücksichtigt wurden.
Solarstromerträge und Lärmschutz bei PV-Lärmschutzwänden und PV-Lärmschutzwällen
Zum Ermitteln der machbaren Solarerträge von PV-Anlagen entlang von Bundesfernstraßen haben die Studienautorinnen und -autoren folgende Anlagenvarianten und Ausrichtungen der Module gen Sonne unterschieden:
Daraus ergeben sich folgende Solarerträge für die Anlagenvarianten:
Solarertrag und Lärmschutz bei Lärmschutzwänden
Beim Solarertrag von den rund 39.000 ausgemachten PV-Lärmschutzwänden komme es der Studie zufolge auf deren Lage zur Straße sowie die Himmelsausrichtung der PV-Flächen an, wobei Letztere auch als sogenannter Azimutwinkel angegeben werde: N = 0 Grad (°), O = 90°, S = 180°, W = 270°. Mit nördlichen Himmelsausrichtungen sei demnach kein attraktiver Solarstromertrag machbar. Aufgrund der ansonsten gering ausfallenden Solarstromerträge sei in dem Fall die gegenüberliegende Seite einer Wand für die Installation vorzuziehen. Für Lärmschutzwände bedeutet dies, dass die geeigneten PV-Flächen mit Südkomponente bei Lärmschutzwänden nördlich einer Straße straßenzugewandt liegen und für Lärmschutzwände südlich einer Straße auf der straßenabgewandten Seite vorhanden sind. Handele es sich um eine Lärmschutzwand auf der Nordsüdachse könne entweder vor Ort beurteilt werden, welche Wandseite für die PV-Module geeigneter sei, oder – falls aus akustischer Sicht möglich – auf bifaziale PV-Module zurückgegriffen werden.
Zum Lärmschutz bei PV-Lärmschutzwänden müssen Sie wissen, dass PV-Module akustisch wie ein solides Glas wirken. Das heißt den Autorinnen und Autoren der Studie zufolge, das mit ausreichend Dicke zwar genügend Schalldämmung erreicht werde, die PV-Wandbestückung jedoch Schall stark reflektiere. Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, schlägt die Studie als naheliegendste Lösung vor, Flächen mit den funktionalen Eigenschaften Schallabsorption und PV-Stromerzeugung nebeneinander zu kombinieren.
Das gesamte berechnete Leistungspotenzial von PV-Lärmschutzwänden beziffern die Autorinnen und Autoren der Studie bundesweit auf 664 MWP, davon seien zwischen 465 bis 597 MWP erschließbar. Bei Lärmschutzwänden mit PV-Aufsätzen könne man von wenigen Nutzungskonflikten ausgehen. Einschränkungen entstünden demnach vor allem wegen der Entfernung zum nächsten Netzanschlusspunkt. Aber: Da Lärmschutzwände meist in der Nähe von Siedlungen errichtet würden, sei der nächste Netzanschlusspunkt weniger als zwei Kilometer entfernt.
Solarertrag und Lärmschutz bei Lärmschutzwällen
Lärmschutzwälle müssen für die gleich starke Schallreduktion am Immissionsort in der Regel höher gebaut werden als Lärmschutzwände. Der dafür nötige Materialeinsatz ist zwar höher, doch der bautechnische Anspruch deutlich geringer.
Dank ihres Bewuchses mit Gras, Büschen und Bäumen absorbieren grüne Lärmschutzwälle den Schall zwar ein wenig besser als rein reflektierende Lärmschutzwände. Aber sie reflektieren aufgrund der Hangneigung den Schall vornehmlich in vertikale Richtungen.
Nach Angaben des BMDV koste es weniger, Lärmschutzwälle inklusive des Grunderwerbs zu errichten als Lärmschutzwände. Dass man dennoch nicht zuerst auf Lärmschutzwälle setze, liege daran, dass man zum Aufschütten eines Lärmschutzwalls ausreichend Seitenfläche brauche. Zudem würden die Kosten dieser Lärmschutzmaßnahmen stark davon abhängen, ob vor Ort Abraum zur Verfügung stehe und wie viel dieser koste.
Laut der Studie würden sich Lärmschutzwälle ähnlich gut wie Freiflächen als Installationsorte für PV eignen. Die Gründe:
Besonders geeignet seien demnach Streckenabschnitte mit Süd-Ausrichtungen der Hangfläche.
Der Schallschutz bei Lärmschutzwällen, die mit PV bestückt seien, ergebe sich insbesondere dank der Reflektion des Schalls von der schallharten Glasvorderseite der PV-Module nach oben. Verlaufe eine Bundesfernstraße nördlich eines Lärmschutzwalls, sei daher auch die Anwohnerseite für PV-Module nutzbar. Vorausgesetzt, sie werde nicht anders genutzt, beispielsweise als ökologische Ausgleichsfläche.
Die Studie identifiziert 24.000 Lärmschutzwälle, die sich als PV-Lärmschutzwall eignen würden. Mit einem erschließbaren PV-Leistungspotenzial von 3,2 bis 4,3 GWP würden sie das zweitgrößte Potenzial innerhalb der untersuchten Anwendungsfälle darstellen.
Wichtig: Anders als bei Dachflächen, Parkflächen und Lärmschutzwänden handele sich bei Lärmschutzwällen um nicht versiegelte Flächen mit Bewuchs. Zum Erschließen ihres PV-Potentials müssten daher auch ökologische und landschaftsplanerische Aspekte berücksichtigt werden.
Prinzipiell eigneten sich Lärmschutzwälle jedoch gerade bei Ausrichtung nach Süden, Osten oder Westen als PV-Anlagenstandorte. Den Aufstellwinkel gebe der Wall vor. Somit seien die nötigen Unterkonstruktionen meist günstiger. Hinzu komme die sehr gute Flächenausnutzung, da wegen der topologischen Gegebenheiten des Walles kein Reihenabstand nötig sei. Zusätzlich sei auch die Entfernung zum nächsten Netzanschlusspunkt meist klein. Die StudienmacherInnen raten deshalb beim Neuplanen von Lärmschutzwällen, die Photovoltaik unbedingt mit zu bedenken.
Vergleich: Solarertrag bei Lärmschutzwänden vs. Lärmschutzwälle
Für den Fall von 33,7° Hangneigung könne man bei Lärmschutzwällen mit südlicher Ausrichtung und einer jährlichen Einstrahlungsenergie von 1.150 Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m2) mit einem spezifischen Jahresertrag von bis zu 1.200 kWh/kWp rechnen.
Im Vergleich dazu kämen PV-Anlagen mit monofazialen, waagerecht an Lärmschutzwänden befestigten PV-Modulen bei gleicher Himmelsausrichtung am gleichen Standort auf etwa 800 kWh/kWp/a.
Laut der Studie hätten Tunnel den größten Anteil am Energieverbrauch der Bundesfernstraßeninfrastruktur. Der Strom werde in Tunneln für die Beleuchtung, die Lüftungsanlagen und die Nebeneinrichtungen wie Signaltechnik benötigt. Zugleich sei das Lastprofil von Tunneln sehr gut planbar und einigermaßen konstant.
Aus diesen Gründen seien die Ein- und Ausgänge von Tunneln besonders für PV-Überdachungen zur Deckung des Eigenenergiebedarfs geeignet. Wie die PV-Überdachung verlaufen müsse, hänge der Studie zufolge zum einen vom Straßenverlauf an den Ein- und Ausgängen der Tunnel ab. Die zu veranschlagende installierte Leistung richte sich zum anderen nach dem längenabhängigen Tunnelenergiebedarf. Die PV-Module könnten dabei ähnlich wie bei PV-Parkflächenüberdachungen ganzflächig als Pultdach geneigt werden oder mit leichter Ost-West Neigung. Hierbei seien kleine Neigungswinkel von unter 10° technisch gut machbar. Die Neigung der Module habe vor allem statische Vorteile: Dank ihr fließe Wasser besser ab und sie erhöhe auch den Solarertrag geringfügig.
Die Dächer von Gehöften von Autobahnmeistereien als PV-Dächer zu nutzen, sei aus zwei Gründen wichtig:
Laut der Studie betrage das PV-Potential von Dachflächen auf Gebäuden entlang der Bundesfernstraßen zwischen 128 und 143 MWP. Und weil die Gebäude im Allgemeinen einen Netzanschluss besäßen, könne für die Netzanbindung der PV-Dachanlagen mit eher geringen Kosten gerechnet werden. Außerdem bestehe bei vielen der Gebäude ein Strombedarf, der den Betrieb der Anlagen wirtschaftlicher mache: Denn die Einspeisevergütung sei schließlich geringer als der Strombezugspreis.
Insgesamt bewertet die Studie Solardächer entlang Bundesfernstraßen als wirtschaftlich attraktiv.
Die Studie identifiziert etwa 10.400 Parkflächen als geeignete Standorte für PV-Überdachungen. Sie hätten das drittgrößte erschließbare PV-Potenzial der in der Studie untersuchten denkbaren PV-Standorte entlang von Bundesfernstraßen: 1.034 bis 1.155 MWP.
Da auch die Parkflächen bereits versiegelt seien, könne man bei PV-Parkflächen von nur sehr wenigen ökologischen oder landschaftsplanerischen Konflikten ausgehen. Die nötige Unterkonstruktion, die die PV-Module auf ausreichende Höhe bringe, erhöhe jedoch die Installationskosten im Vergleich zu Dach- und Freiflächenanlagen deutlich, heißt es in der Studie.
Zudem rechnet die Studie bei PV-Parkflächen mit hohen wirtschaftlichen Synergieeffekten mit bereits bestehender und in den nächsten Jahren entstehender Ladeinfrastruktur für E-Mobile. Gerade bei direktem lokalem Verbrauch in Schnelladestationen sei demnach mit sehr hohen erzielbaren Preisen pro kWh im Vergleich zu Börsenstrompreisen zu rechnen. Außerdem bestehe insbesondere bei PV-Parkflächen an Rastanalgen eine räumliche Nähe zu Gebäuden mit zusätzlichem Eigenverbrauch.
Die Studienautorinnen und -autoren weisen aber darauf hin, dass die aktuell vorhandenen Netzanschlüsse für die PV-Parkflächen noch nicht ausreichen würden.
Rund 202.000 Straßenbegleitflächen würden sich als Standorte für PV-Anlagen eignen, sagt die Studie. Ihr erschließbares Potenzial betrage zwischen 24,3 und 48,6 GWP. Besonders sinnvoll sei es, Flächen als PV-Standorte zu erschließen, die in der Nähe von Umspannwerken lägen oder einen hohen Eigenverbrauch hätten (bei Tunneln oder Schnelladestationen).
Agri-PV-Anlagen vereinen laut der Studie die landwirtschaftliche und die energiewirtschaftliche Nutzung einer Fläche. Pilotanlagen hätten bereits gezeigt, dass sich eine Agri-PV-Anlage gerade in Zeiten globaler Erwärmung und Klimawandel positiv auf den Wasserhaushalt auswirken könne – vor allem in Gegenden mit hoher Sonneneinstrahlung und damit einhergehender Verdunstung. Aufgrund der zusätzlichen Verschattung der PV-Module werde das Austrocknen des Bodens in heißen trockenen Monaten reduziert.
