Stromerzeugung

Die Luftseilbahn Jakobsbad‒Kronberg (AI) soll künftig zu mehr als der Hälfte mit Solarstrom des PV-Faltdaches auf dem Parkplatz bei der Talstation betrieben werden. (Bilder: SAK)

Das faltbare Kraftwerk

Als das Start-up DHP Technology sein erstes Solarfaltdach vorstellte, gab es viel Applaus. Auf der Kläranlage der Stadt Chur hat sich das Pioniermodell bereits bewährt. Und bald wird auch ein PV-Faltdach auf einem Appenzeller Parkplatz Strom erzeugen – und Schatten spenden.

Der Kronberg im Kanton Appenzell Innerrhoden ist ein beliebtes Ausflugsziel. Der Berg ist mit Seilbahn samt Bahnhaltestelle und Parkplatz gut erschlossen. Die 4000 Quadratmeter grosse Autoabstellfläche war lange einfach gekiest wie Hunderte Parkplätze in der ländlichen Schweiz. Doch neuerdings liegen auf den 152 Parkfeldern Rasengittersteine, durch die Wasser versickern kann, eine erste Doppelladestation für Elektroautos wird installiert und im April 2020 folgte die Hauptattraktion: Der Parkplatz bei der Talstation der Luftseilbahn Jakobsbad–Kronberg (LJK) ist weltweit der erste mit einem Solarfaltdach. Dieses bewegliche Photovoltaikdach an Seilen überspannt den ganzen Parkplatz und erzeugt bei Sonnenschein Strom. Wird das Wetter schlecht, können sich die Solarmodule zusammenfalten und in zwei langgezogene Garagen in der Mitte und am Rand des Areals fahren.

Das Solarfaltdach Horizon des Bündner Start-ups DHP Technology erlaubt es, bereits genutzte Flächen für die Stromproduktion erneut zu nutzen. Das bewegliche Leichtbausystem besteht aus einer Stahlkonstruktion und dem an Seilen hängenden Dach. Dessen Photovoltaikmodule sind aus spiegelfreiem Kunststoff und durch Scharniere miteinander verbunden, sodass sie sich wie ein Leporello flach auseinanderfalten oder eng zusammenschieben lassen. Gesteuert wird die Bewegung durch einen integrierten Meteo-Algorithmus, der Livewetterdaten beurteilt.

Sonnenstrom vom Dach, darunter kühle Autos

Die Anlage ist innovativ und effizient. Der regionale Energieversorger, die St. Gallisch-Appenzellischen Kraftwerke (SAK), haben das Solarfaltdach gekauft und werden es auf dem Land der Kronbergbahn betreiben. Die bewegbaren Solarmodule nutzen alle Sonnenstunden, auch im Winter, wenn klassische Solardächer wegen Schneebedeckung zuweilen ausfallen. An der Talstation der Kronbergbahn auf 884 m ü. M fällt das ins Gewicht. Was am Parkplatzsolardach ebenfalls überzeugt, ist, dass es einen mehrfachen Nutzen schafft. Das Dach kühlt nämlich im Sommer den Boden und die parkierten Autos; zugleich liefert es mit 420 kWp installierter Leistung genug Strom, um nebst Elektroautos auch die Kronbergbahn anzutreiben. Die viel frequentierte Luftseilbahn soll künftig zu mehr als 50 Prozent mit Sonnenstrom vom eigenen Parkplatz den Berg hinauf- und herunterfahren. Nicht zuletzt versprechen sich die Beteiligten davon einen Marketingeffekt für den Ausflugsbetrieb am Berg.

Eine besondere Bedeutung hat das unkonventionelle Solarkraftwerk im Appenzell auch für seine Entwickler vom Bündner Start-up DHP Technology. Co-Geschäftsführer Gian Andri Diem: «Wir hoffen, auf diesem Parkplatz einen ähnlichen Aha-Effekt erzeugen zu können wie bei unserem ersten Solarfaltdach in Chur.» In Chur hängen die faltbaren PV-Module nicht über parkierten Autos, sondern über den Klärbecken der Churer Abwasserreinigungsanlage (ARA). «Als wir jenes Solardach entwickelten, stiessen wir zunächst auf viel Skepsis», erinnert sich Diem. «Erst bei der Eröffnung, als die Leute sahen, wie es funktioniert, war ihr Interesse geweckt, und wir erhielten begeisterte Reaktionen.» Für alle, die schon auf der Autobahn Richtung San Bernardino gefahren sind, ist die Anlage auf der ARA Chur unübersehbar.

ARA Chur war die erste Anlage

Mit der weltweit erstmaligen Realisierung eines Solarfaltdaches über Klärinfrastruktur wird eine konsequente Doppelnutzung von bereits versiegelten Bodenressourcen für die Solarstromproduktion möglich. Das ist interessant, weil Klärinfrastrukturen zu den grössten Stromverbrauchern unter den städtischen Infrastrukturen gehören und sich damit Eigenverbrauchsprojekte im industriellen Massstab mit nahezu 100 Prozent Eigenverbrauch realisieren lassen. ❭

Im September 2017 wurde die Pilotanlage des Solarfaltdachs Horizon dem Betrieb übergeben und produziert seit diesem Zeitpunkt Solarstrom im vollautomatischen Betrieb. Die Auswertung der Betriebsdaten aus dem ersten Betriebsjahr bestätigen und übertreffen die Erwartungen und bilden eine wertvolle Basis für die Entwicklung effizienter Monitoring- und Wartungsprozesse und die Weiterentwicklung von Steuerungsalgorithmen und der Systemtechnik. Die Bauherrschaft hat aufgrund der Erfahrungen im Pilotprojekt (P+D) die DHP Technology AG (Systemlieferant und GU) mit dem Vollausbau und der Überdachung der gesamten Fläche über den Vorklär-, Belebungs- und Nachklärbecken beauftragt. Nach der Bauzeit im Frühjahr 2018 wurde das Solarfaltdach mit 643 kWp Leistung und 4150 m2 Modulfläche im Juli 2018 in den regulären Betrieb überführt. Die Stromproduktion der Pilotanlage war vom Bau der Erweiterung praktisch ungestört. Der windreiche Standort auf der Kläranlage Chur ist ein hervorragender Teststandort, da hohes Windaufkommen, Winterbetrieb und hohe Umgebungstemperaturen im Sommer an einem Projektstandort vereint werden und damit eine ideale Grundlage für den eingehenden Test von Systemtechnik und Solarstromproduktion bilden.

Auszeichnungen häufen sich

Das Solarfaltdach Horizon wurde zwischenzeitlich mehrfach ausgezeichnet, so zum Beispiel mit dem Schweizer Nachhaltigkeitspreis in der Kategorie «Generation Zukunft» (2016), dem Engie Energieeffizienzaward (2016) und dem zweifachen Innovationspreis Medaille d’eau (2018) des VSA und der Infra-Watt für die Projekte Solarfaltdach ARA Chur und dem Energiekonzept ARA Seez in Flums, dass die Verstromung des Klärgases und der Solarstromproduktion vom Solarfaltdach zur Steigerung des Autarkiegrades der ARA Seez aufeinander abstimmt und steuert. Weiter hat auch die EU das Projekt als skalierungsfähig und als bedeutsam für die Stromversorgung von Klärinfrastruktur eingestuft und hat auf dieser Basis die DHP Technology AG für die Teilnahme im SME Instruments Program im Rahmen von Horizon 2020 qualifiziert (2018). Im Januar 2019 konnte die DHP Technology AG, die IBC Energie Wasser Chur und die Stadt Chur die Auszeichnung Watt d’Or in der Kategorie Erneuerbare Energien vom Bundesamt für Energie entgegennehmen.

Churer Pilotbetrieb funktioniert einwandfrei

Der Betriebsleiter der ARA Chur blickt zufrieden auf die ersten eineinhalb Betriebsjahre. «Wir hatten noch keinerlei Pannen oder Probleme», sagt Curdin Hedinger. Die Solarmodule aus Kunststoff, die beweglichen Teile aus rostfreiem Stahl und die verzinkte Tragkonstruktion halten sich gut über den gefüllten Klärbecken: «Das Dach fährt ein und aus, wie es soll», so Hedinger, «und es deckt wie erwartet rund 20 Prozent des Strombedarfs der Churer Kläranlage ab, was in etwa dem Jahresbedarf von 120 Vierpersonenhaushalten entspricht.»

Voraussetzung für die Doppelnutzung der Klärbecken war für die Betreiber der ARA Chur der ungehinderte Zugang zu den Becken und Aggregaten. Der sei dank kleinerer baulicher Anpassungen gewährt, für Maschinen wie Menschen. Das Sonnendach ist laut Curdin Hedinger auch fürs Team ein Gewinn, das nun die sommerlichen Sanierungsarbeiten nicht mehr in Gluthitze, sondern kühl beschattet durchführen kann. «Zudem haben wir wegen der Beschattung weniger Probleme mit störendem Algenwuchs in den Nachklärbecken.»

Nach den positiven Erfahrungen in Chur haben sich mittlerweile diverse weitere ARA fürs Solarfaltdach von DHP Technology entschieden, zum Beispiel die ARA Seez in Flums, ARA Bassersdorf, ARA Münsterlingen, ARA Romanshorn am Bodensee, ARA Morgental in Steinach und die ARA Glarnerland in Bilten. Auch wenn PV-Module über Kläranlagen nicht das sind, was man erwarten würde – die Ökostromproduktion vor Ort macht in den grösseren ARA durchaus Sinn. Sie gehören zur stromintensivsten Infrastruktur im Land. Immer mehr Abwasserreinigungsanlagen machen sich Gedanken über eine «eigene» Stromproduktion auf ihren Anlagen.

Wegen des hohen Vorfertigungsgrads lässt sich Horizon vor Ort grösstenteils nur noch zusammenstecken. Die Anlage benötigt 50 Prozent weniger Material als fest installierte Solarmodule. Mit knapp 6 Metern Höhe und bis 25 Meter Abstand zwischen den Stützen bietet sie viel Raum zum Arbeiten unter dem Photovoltaikdach. Das Dach produziert vergleichbare Solarstrommengen wie eine konventionelle PV-Flachdachanlage im Mittelland.

Im Montagebereich der DHP-Werkhalle werden die dünnen Kunststoff-PV-Module in einen Metallrahmen integriert und anschliessend zu einer zusammenhängenden Faltdachgruppe endmontiert (links). Die Produktion läuft mithilfe von Robotern praktisch vollautomatisch.

Auf dem Sprung in die EU

Kläranlagen bleiben vorläufig das Hauptgeschäft für DHP Technology. Parkplätze als zweites Standbein will die junge Firma zwar ebenfalls weiterverfolgen, aber nur wenn Interessierte aktiv den Kontakt suchen, wie es beim Appenzeller Projekt der Fall war. «Wir sind zu klein, um alles gleichzeitig auszubauen», begründet Ökonom Gian Andri Diem. Zurzeit ist DHP nämlich daran, über die Schweiz hinaus in die EU vorzustossen. Das Schweizer KMU wird dabei von der EU unterstützt: Eine zweijährige Förderung im Programm «Horizon 2020 Accelerator» erleichtert den Markteintritt im europäischen Raum; die EU finanziert zum Beispiel die nötigen Zertifizierungen oder die Industrialisierung der Technologie mit. Besonders Letzteres sei eine Herausforderung, sagt Gian Andri Diem, es gelte, mit dem unterdessen automatisierten Produktionsverfahren das Wachstum zu ermöglichen. Das sei anspruchsvoll, aber lohnenswert, denn: «In der EU haben wir nicht 800 Kläranlagen wie in der Schweiz, sondern 80 000!» Ein hundertmal grösserer Markt also. Und rund ein Drittel dieses Kläranlagenmarkts will DHP Technology in der EU wie in der Schweiz aus eigener Kraft bedienen können. «2019 hatten wir 2,5 Millionen Franken Umsatz. 2025 hoffen wir, einen Umsatz von über 30 Millionen pro Jahr zu erreichen.» Mit ersten Interessenten aus dem EU-Raum sei das KMU vor allem in Deutschland in Kontakt. In der Schweiz sind zurzeit rund 20 weitere Solarfaltdächer in Planung.

Das Start-up aus dem bündnerischen Zizers ist also voll auf Wachstumskurs – wie schon bisher. 2015 hatten Ingenieur Andreas Hügli und Betriebswirtschafter Gian Andri Diem das Unternehmen zu zweit gegründet. Heute besteht das Team aus 20 Leuten, bis Ende 2020 sollen es 30 sein. Nach einer Anschubfinanzierung bei der Technologie-Entwicklung durch den Kanton Graubünden und den Basler Energieversorger IWB ist es heute eine wachsende Gruppe von Investoren bzw. Aktionären, welche das fürs Wachstum nötige Kapital einschiesst. Doch auch die Einnahmen aus verkauften Solardächern fallen zunehmend ins Gewicht. «Noch sind wir nicht ‹break-even›, aber nahe daran», sagt Gian Andri Diem.

Im Moment ist das bewegliche Solardach noch teurer als fix montierte Photovoltaikanlagen – wobei die Preise mit den Jahren sinken werden und die Gestehungskosten für ARA-Projekte gemäss Gian Andri Diem schon heute im Bereich von 12 bis 16 Rappen pro Kilowattstunde liegen. Die ARA Chur erreicht daher heute Netzparität, d. h. sie kann den Sonnenstrom zu vergleichbaren Kosten produzieren, wie sie der Netzbetreiber den Haushalten für Strom verrechnet. Was aber noch mehr ins Gewicht fällt als die Entwicklung der Kosten, ist, dass dieses Solardach sehr innovativ ist. Es geht über die reine Stromproduktion hinaus. Der Kronberg-Parkplatz könnte zum Leuchtturmprojekt werden, das die Bevölkerung und Investoren für erneuerbare Energien sensibilisiert. Die Schweiz hat noch einige Parkplätze, die so zur Stromproduktion genutzt werden können. Gerade an der Talstation einer Bergbahn sind diese immer wieder anzutreffen. Dort besteht meistens auch die Möglichkeit, den erzeugten Strom gleich sinnvoll zu nutzen oder ins Netz einzuspeisen.

Riesiges Potenzial für Sonnenstrom

Der Bevölkerung vor Augen führen, was mit Solarstrom alles möglich ist: Das erscheint sinnvoll, wenn man den heute noch bescheiden anmutenden Drei-Prozent-Anteil des Sonnenstroms am gesamten Stromverbrauch der Schweiz betrachtet. Wobei – ganz so bescheiden ist dieser Anteil nicht. Die Solarenergie hat von den neuen erneuerbaren Energien gemäss BFE den mit Abstand grössten Pro-Kopf-Zuwachs. Dank der erfreulichen Entwicklung beim Solarstrom ist die Schweiz auf gutem Weg, ihre Energieziele im Jahr 2020 zu erreichen. Solarstrom hat gemäss Berechnungen des BFE ein riesiges Potenzial. Wenn man nur schon die geeigneten Flächen auf Dächern voll nutzen würde, könnte man fast den gesamten derzeitigen Strombedarf der Schweiz mit Solarstrom decken. Dies selbstverständlich bei gutem Wetter und während des Tages.

Um das Potenzial stärker auszuschöpfen als bisher, sollte man Solaranlagen künftig vermehrt auch über industriellen Flächen im bewohnten Gebiet installieren. Heute befinden sich fast alle Photovoltaikmodule in der Schweiz auf Dächern. Doch auf Hausdächern verzögern sich Solarinstallationen mitunter oder werden ganz verunmöglicht, weil sie den Widerstand von Anwohnern und Denkmalschutzbehörden provozieren. Mit den Faltdächern hingegen stossen die Bündner in ein ganz neues Marktsegment vor. Auf schon genutzten Industrieflächen stört sich niemand an Photovoltaikmodulen, und sie sind hier einfacher zu installieren. So gesehen könnten Innovationen wie das Bündner Faltdach der Solarstromentwicklung im Land tatsächlich einen Kick geben.