Stromerzeugung

Solarzellen Staumauer Muttsee

An der rund einen Kilometer langen Staumauer Muttsee in den Glarner Alpen sollen auf 2500 Metern Höhe etwa 6000 Photovoltaik-Module mit einer Fläche von 10 000 Quadratmetern installiert werden. (Foto: Axpo)

Stauseen liefern auch Solarstrom

Mit Photovoltaik kann im Gebirge eine höhere Stromausbeute erzielt ­werden. Das machen sich drei Pionierprojekte an den Staumauern Muttsee im Kanton Glarus und Albigna im Bergell sowie eine schwimmende Anlage auf einem Stausee am Pass zum Grossen St. Bernhard im Wallis zunutze.

Der Bau von Photovoltaikanlagen in alpiner Höhenlage bringt einen verbesserten Wirkungsgrad gegenüber Standorten im Mittelland. Da die Schweiz mittelfristig den wegfallenden Atomstrom ersetzen muss, könnten Solaranlagen in den Bergen dazu einen wichtigen Beitrag leisten. Das zeigen neuste Forschungsergebnisse und ­konkrete Projekte.

Das grosse Plus dabei: PV-Anlagen in den Bergen produzieren dann am meisten Strom, wenn er auch gebraucht wird, nämlich im Winter. Also in der Jahreszeit, wo der Bedarf am höchsten ist und zur Deckung der Versorgungslücke aus inländischer Produktion schon jetzt Strom aus dem benachbarten Ausland importiert werden muss.

Beitrag zum wichtigen Winterstrom

Solarpanels im Gebirge haben den Vorteil, dass sie energetisch viel ergiebiger sind. Bei einer Situierung im alpinen Raum ist eine Solaranlage besonders effektiv und liefert fast die Hälfte ihrer Produktion im Winterhalbjahr. Dies, weil sie über der Nebeldecke liegt und damit mehr Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist. Zudem ist der Wirkungsgrad von Photovoltaik-Modulen bei tiefen Temperaturen höher, und es kommt in hohen Lagen der sogenannte «Albedo-Effekt» hinzu: Sonnenlicht wird von der Schneedecke reflektiert, was zusammen mit den tieferen Temperaturen die Ausbeute erhöht.

Aufgrund der Auswirkungen derartiger Anlagen auf die Umwelt ist die Installation von Photovoltaikeinrichtungen in bereits erschlossenen Gebieten vorzuziehen. Ein Faktor dazu ist, dass ja in Berggebieten bereits Strassen und auch Anschlüsse ans Elektrizitätsnetz vorhanden sind. Deshalb sind bestehende Anlagen auszunutzen.

Testanlage oberhalb von Davos

In eine Höhe von 2500 Metern steht östlich des Totalpsees oberhalb von Davos eine Versuchsanlage für Photovoltaik. Die ­Anlage besteht aus 20 Solarmodulen und ist exakt nach Süden ausgerichtet. Sie setzt sich aus sechs Segmenten mit unterschiedlichen Neigungswinkeln von 30, 50, 70 und 90 Grad zusammen. Dabei werden nicht nur normale, einseitig mit Solarmodulen (monofaziale) bestückte Anlageteile, sondern auch zweiseitige (bifaziale) Solarmodule eingesetzt, die auf der Vorder- und Rückseite Strom produzieren können.

Ein Messmast mit Klimastation, Niederschlagsensor und Einstrahlungsmess­geräten für jedes Segment hält alle Wetterdaten fest. Eine Webcam erfasst dabei, ob die Module mit Schnee bedeckt sind und wann dieser abrutscht. Erste Testresultate sind gemäss den Forschenden positiv und zeigen einen sehr gleichmässigen Stromertrag übers ganze Jahr. Die Versuchsanlage soll nun mehrere Jahre lang Messdaten liefern, damit auch aussagekräftige ­Resultate bei unterschiedlichen Wetter­verhältnissen vorliegen.

Photovoltaikanlage an der Staumauer

Als erste grossflächige Solarenergie-­Produktionseinrichtung im alpinen Raum plant Axpo das Projekt Muttsee. Das Pumpspeicherwerk Limmern, zu dem die ­Muttsee-Staumauer von einem Kilometer Länge gehört, war noch bis Ende 2019 offiziell im Probebetrieb, bei dem die ­Staumauer intensiv beobachtet worden ist.

Deshalb hat der Kraftwerkbetreiber das Projekt der Solaranlage erst Ende letzten Jahres lanciert. Nachdem im Frühjahr die zuständigen Behörden des Kantons Glarus, der Gemeinde Glarus Süd und das Bundesamt für Energie die Baubewilligung erteilt haben, arbeiten die Solarspezialisten intensiv an der konkreten Ausgestaltung des Projekts.

Eine Leistung von 2 Megawatt, die eine Jahresproduktion von 2,7 Gigawattstunden erzeugt  – das entspricht dem Stromverbrauch von etwa 600 durchschnittlichen Vierpersonenhaushalten soll installiert werden. «Wir planen, etwa 6000 Solar­module auf 10 000 Quadratmetern Fläche zu installieren», erläutert Axpo-Projektleiter Christian Heierli. «Die Solarpanels werden in einem Abstand von gut einem Meter vor der Staumauerwand montiert, damit der Zugang zur Mauer für Unterhalt und Wartung ­gewährleistet bleibt.»

Logistisch aufwendige Montage

Die Installation einer Photovoltaikanlage auf der Staumauer bezeichnet Heierli als logistisch aufwendig. Der Montagestandort selbst ist über die Strasse nicht erreichbar. Es gibt zwar Stollen, die vom Pumpspeicherwerk bis zur Mauer führen. Allerdings ­handelt es sich dabei um Unterhalts­stollen, die nicht für den Materialtransport geeignet sind. Die Anlagenteile werden im Tal bis nach Tierfehd geliefert und müssen später mit dem Helikopter zur Staumauer geflogen werden.

Das Zeitfenster für diese Arbeiten ist sehr eng – die Anlage muss während des alpinen Sommers gebaut werden –, es stehen also gerade mal drei Monate Zeit zur Verfügung. Den Entscheid zum Bau der Anlage will Axpo noch in diesem Jahr fällen, die Installation wäre im Sommer 2021 vorgesehen.

Auf die Frage, welche Auswirkungen der viele Schnee im Winter habe, meint Heierli: «Wir müssen die Schneemengen natürlich in unsere Projektierung einbeziehen. Die Solarpaneele werden in einem Winkel von 77 bzw. 51 Grad an die Staumauer montiert. Das ist nach den Erfahrungen steil genug, damit der Schnee abrutscht. Aufgrund der hohen Schneemengen im Winter werden im untersten Teil der Mauer keine Module installiert. Im Übrigen hilft uns der Schnee ja auch: dank des Reflexions-Effekts wirkt er sich positiv auf die Solarstrom­produktion aus.»

Weiteres Projekt im Bergell

Für eine weitere hochalpine Solar-Grossanlage läuft in diesem Sommer die Montage: Auf der 600 Meter langen Staumauer ­Albigna in 2100 Metern Höhe installiert das Elektrizitätswerk der Stadt Zürich (EWZ) als Betreiber der Bergeller Kraftwerke Photovoltaik-Module. Durch diese Anlage mit einer Gesamtleistung von 410 Kilowatt-Peak (kWp) können pro Jahr rund 500 MW Naturstrom produziert ­werden, was dem jährlichen Strombedarf von 210 Stadtzürcher Haushalten in der Grössenordnung von 240 kWh entspricht.

Mit der auf der Südseite der Mauerkrone installierten Solarpanel-Anlage können verschiedene Synergien genutzt werden. So ist der ­Anschluss ans Stromnetz bei der Staumauer bereits vorhanden und die Installations- und Wartungsarbeiten ­können durch EWZ-eigenes Personal aus dem Bergell bewerkstelligt werden.

Schwimmende Solaranlage

Auch Romande Energie (RE) nutzt auf dem Lac des Toules in rund 1800 Metern Höhe einen Stausee zur Gewinnung von Solarenergie. Es handelt sich dabei um die weltweit erste schwimmende Solaranlage auf einem Gebirgs-Stausee.

Das energetisch interessante Projekt ist technisch anspruchsvoll und aufwendig, weshalb es auch vom Bundesamt frü Energie mit einer Einmalvergütung gefördert und via Einspeisevergütung alimentiert wird. Bei der Projektentwicklung zu berück­sichtigen waren die Schwankungen des Seespiegels um bis zu 50 Meter, was eine Anpassungsfähigkeit der schwimmenden Plattformen an den Pegelstand erforderlich macht. Hinzu kamen mögliche Schnee­ablagerungen auf den Solarpanels, Eisbildung auf dem See bis zu 60 Zentimetern. Dicke, Temperaturen in der Bandbreite von -25 bis +30 Grad sowie Windeinflüsse von bis zu 120 km/h.

Strom für 230 Haushalte

Die seit Anfang Jahr in Betrieb stehende Anlage weist in ihrer Pilotetappe eine Leistung von 448 kW auf und erzeugt 818 kWh Strom, was für die Versorgung von 230 Haushalten reicht. Die eingesetzten bifazialen Solarzellen nutzen das einfallende Licht nicht nur über die Vorder-, sondern auch über die Rückseite. Dabei bilden Wasser und Schnee besonders effiziente Reflektoren.

Für die Pilotanlage auf dem Lac des Toules sind 1400 Module mit Ausrichtung nach Süden montiert worden, die in einem Winkel von 30 Grad stehen. Durch eine zweite Glasscheibe auf der hinteren ­Modulseite wird nebst der ­direkten Sonnen­strahlung von vorne auch das indirekt vom Wasser gespiegelte und ­diffuse Licht auf der Rückseite genutzt.

Der Strom wird durch hauchdünne Leiterbahnen aus Silber oder Aluminium abgeführt. So erzielt das Modul einen höheren Wirkungsgrad. Weiter hat sich auf den Pilotinstallationen von RE herausgestellt, dass keine Schnee­räumungssysteme erforderlich sind.

Für die Realisierung sind als Erstes nach der Leerung des Stausees im Frühjahr 2019 auf dem Seegrund eine Stromleitung von 2,2 Kilometern Länge und Verankerungsblöcke für die Schwimmplattformen und eine Solarenergiekammer erstellt sowie schwimmende Kabelrohre installiert ­worden, wie Projektleiter Guillaume Fuchs von RE erläutert.

Ausbauprojekt für Solarpark

Mit dem Pionierprojekt sollen Erfahrungen gesammelt und die Eignung unter Beweis gestellt werden, dass eine schwimmende Sonnenenergie-Grossanlage im Gebirge technisch realisierbar ist. Als Erweiterung der jetzigen Pilotanlage wird bis im ­kommenden Jahr am Standort Lac des Toules ein neuer Solarpark projektiert, der auf der bereits vorhandenen Kraftwerk­infrastruktur basiert.

Die Neuanlage wird mit über 1000 Schwimmkörpern und einer Solarmodulfläche von 64 000 Quadratmetern gut ein Drittel der ­Seefläche bedecken. Die Leistung der weltweit ersten grossflächigen Solar­energie-Produktions­einrichtung im ­alpinen Raum ist auf 12 GW ausgelegt und die Produktionskapazität auf 22 GWh veranschlagt. Die erforderlichen Investitionen werden von RE in der Grössenordnung von 50 Millionen Schweizer ­Franken angegeben.