TEIL C

Sonderformen der photovoltaischen Nutzung

Solare Schallschutzwände

Der Beginn solcher Anwendungen läßt sich bis ins Jahr 1990 zurückverfolgen, als in der Schweiz an der Autobahn N 13 südlich von Chur die weltweit erste Photovoltaikanlage auf Schallschutzwänden installiert wird – eine Idee, für die der Schweizer Photovoltaik-Experte Thomas Nordmann und seine Firma TNC Consulting seit dem Vorjahr geworben hatten. Kyocera, der Hersteller der besonders robusten Module, soll nun insgesamt vier derartige Anlagen in der Schweiz installieren. Man geht davon aus, daß ein Kilometer Solarwand den jährlichen Energiebedarf von etwa 100 Personen decken kann.

Anderen Quellen zufolge baut Nordmann die 110 kW Lärmschutzwand/PV-Anlage auf einer Länge von 828 m entlang der Autobahn A 13 beim schweizerischen Domat/Ems in Graubünden. Sie wird später von dem lokalen Elektrizitätswerk gekauft und läuft auch weiterhin problemlos. 2017 wird die Anlage saniert und liefert seither 260 kW.

Gemäß Informationen aus dem Jahr 1996 sind die PV-Anlagen auf Schallschutzeinrichtungen entlang von Nationalstraßen und Bahnlinien der Schweiz bisher als Pilotprojekte im Rahmen von Energie 2000 gefördert worden. Pilotprojekte mit doppelseitigen Modulen sind in Vorbereitung. Bis  2020 werden aber nur vier Projekte realisiert, drei davon vor 2000, so daß es scheint, als hätte sich diese Art der Flächennutzung nicht über die Pilotphase hinaus etablieren können.

Eine Besonderheit weist die zeitlich nicht zuordenbare Pilotanlage bei Jenbach in Tirol auf, denn hier wird das patentierte Modul LISA (Lärmschutzwand Integrierte Solar Anlage) der Firma SED ProduktionsmbH aus Wien verwendet. Bei diesem handelt es sich um ein Aufsatzelement, das sich einfach und unauffällig auf bestehenden Lärmschutzwänden installieren läßt.

Die 1 m langen Elemente beinhalten jeweils zwölf polykristalline Siliziumzellen, wiegen ungefähr 7 kg und enthalten kein Glas, sondern bestehen aus Holz, Holzbeton und Aluminium. Im Falle eines Unfalles verformen sie sich elastisch, um keine zusätzliche Gefahr darzustellen. Die Pilotanlage bei Jenbach hat eine Nennleistung  von 5 kW und einen jährlichen Energieertrag von 4.905 kWh bei einer Gesamtfläche von ca. 43 m² sowie einer Länge von rund 107 m.

Weiter voran geht es in der Schweiz im Dezember 2007, als der Regierungsrat des Kantons Zürich von mehreren Abgeordneten aufgefordert wird, Richtlinien für PV-Anlagen auf Lärmschutzwänden festzulegen. Diese Richtlinien sollen die Bedingungen für ihre Installation entlang von Verkehrsträgern definieren und die Installation in gewissen Fällen für zwingend erklären.

Hierzu passend gibt es eine im August 2008 veröffentlichte und im Netz einsehbare Studie, die von der Ernst Basler + Partner AG im Auftrag der Fachstelle Lärmschutz (FALS) des Kantons erstellt wurde (‚Photovoltaikanlagen auf Lärmschutzwänden - Potential im Kanton Zürich‘).

Was wiederum in Deutschland machbar ist, wenn engagierte Unternehmer vor Ort aktiv werden und die Straßenbauverwaltung mitzieht, zeigt das bisher größte PV-Projekt entlang einer Bundesautobahn: Im Dezember 2007 wird an der A 94 beim südbayerischen Töging am Inn, Landkreis Altötting, eine privat finanzierte Solarstromanlage mit einer Leistung von 1 MW auf einem bestehenden Lärmschutzwall in Betrieb genommen. Die Gesamtkosten der Anlage belaufen sich auf 5 Mio. €, und Bauherr ist die Firma Iliotec aus Regensburg, die später in die Insolvenz geht. Das Foto während des Baus stammt von Nicole Gradl.

Doch es gibt Probleme. So sei der Bau im August ohne Genehmigung begonnen worden und nach einem Baustopp im westlichen Teil auf dem Gebiet des Nachbarlandkreises Mühldorf nie fertig gestellt. Auch die Höhe der Anlage mit einem deutlichen Überstand über den Lärmschutzwall führt zu Protesten in der Bevölkerung und sogar zu langwierigen Gerichtsprozessen. Tatsächlich ragen die obersten Modulreihen gut 2 m über die Wallkante hinaus, was auf der Nordseite aber als zusätzlicher Schallschutz wirkt, während der Straßenlärm auf der Südseite durch die Schrägstellung der Module nach oben geleitet wird.

 

Außerdem verzögert und verteuert sich das Projekt dadurch, daß man bei den ersten Aufbauarbeiten auf dem sonnigen Hang drei unter EU-Artenschutz stehende Zauneidechsen findet, für die schließlich für 60.000 € Ausgleichsflächen geschaffen werden. Ende November werden dann auf einer Länge von 260 m und einer Höhe von 26 m rund 4.000 Suntec-Power-Module auf einer Unterkonstruktion aus Stahlbeton, Holz und Aluminium montiert. Für einen zweiten Bauabschnitt mit einem Umfang von 1,3 MW läuft ein Genehmigungsverfahren.

Den Initiatoren des Projekts zufolge herrscht im Bundesverkehrsministerium sowie bei der Deutschen Bahn in Sachen solarer Lärmschutz hingegen noch immer Funkstille. Um die Kombination von Lärmschutz und Photovoltaik voranzubringen, initiiert Markus Auerbach von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) die Erarbeitung eines entsprechenden Leitfadens, der den Behördenleitern der Straßenbauverwaltung bei einem Seminar im Mai 2009 in München vorgestellt wird.

Was die Anlage in Töging anbelangt, so besteht diese nur rund sieben Jahre in dieser Form. Ende 2012 wird sie von der Nürnberger Firma MR Solar GmbH & Co KG  übernommen, die im April 2014 einen Antrag bei der Stadt Töging einreicht, die Anlage ab- und wieder neu aufzubauen. Dies beginnt dann im Juni und wird von der Firma Enerpac aus Hamburg vorgenommen, wobei der Versicherungskonzern Ergo der Auftraggeber für den Abbau ist. Der Wiederaufbau der Anlage soll im Herbst beginnen und in einer länger gestreckten, aber nicht mehr so hohen Form erfolgen.

Ein weiteres erfolgreiches Beispiel – wieder in der Schweiz – ist der Modellversuch in Münsingen, wo die Lärmschutzwand als weitgehend transparente Plexiglas-Konstruktion mit bifazialen PV-Modulen von Scheuten Solar/Hitachi gestaltet wird.

Die 115 m lange Lärmschutzwand entlang der Bahngleise besteht aus 50 Modulen, hat eine Leistung von 8 kW und wird im November 2008 in Betrieb genommen. Um die Lärmschutzwirkung zu verbessern, werden im unteren Wandbereich schallabsorbierende Betonelemente eingesetzt.

Etwas sehr Besonders ist die Solaranlage auf der Autobahn-Einhausung in der Region Goldbach/Hösbach bei Aschaffenburg, deren erstes von drei Segmenten im Februar 2009 fertig wird. Die Anlage wird an dieser Stelle aufgeführt, da die zwischen 2001 und 2005 aufgesetzte und 80 Mio. € (andere Quellen: 90 Mio. €) teure Einhausung ja dem Lärmschutz der Anwohner dient. Es ist nur logisch, den knapp 3 km langen, teilweise begrünten und teilweise mit Blechdach versehenen künstlichen Tunnel einer Mehrfachnutzung mittels PV-Anlage zuzuführen. Eine entsprechende Ausschreibung wird 2007 veröffentlicht.

Im Sommer 2008 erhält die örtliche Elektrizitätswerk Goldbach-Hösbach GmbH & Co. KG (EGH) von der Autobahndirektion (ABD) Nordbayern den Zuschlag für den Bau der PV-Anlage, der im November beginnt. Als Partner holt EGH die die Ralos Vertriebs-GmbH aus Michelstadt mit ins Boot, einen Konkurrenten während der Ausschreibung.

Dem nun als erstes fertiggestellten 1.018 kW starken Teil West folgen bald die Bauabschnitte Mitte (851 kW) und Ost (780 kW). Insgesamt werden bei dem 10 Mio. € teuren Projekt 16.000 Solarmodule installiert. Noch im Jahr ihrer Fertigstellung wird die „längste Photovoltaikanlage der Welt“ zu einem der Gewinner des Deutschen Solarpreises gekürt.

An einem Abschnitt der 2,7 km langen 2,65 MW Gesamtanlage – dem A3-Solarpark, der gut 60 % der Leistung der Anlage umfaßt – sind auch die Bürger beteiligt, an die Anteile im Volumen von 1,4 Mio. € ausgegeben wurden. Dafür erhalten die Bürger je nach Tarif 4 – 5 % Zinsen.

Die drei Abschnitte der Anlage erbringen bis Ende 2015 zusammen über 17 Mio. kWh, die bei der Einspeisung mit mehr als 7 Mio. € vergütet wurden. Aktuell rechnet die Betreibergesellschaft damit, die Anfangsaufwendungen bis 2021 getilgt zu haben. Im Juli 2016 wird die Einhausung mit Solaranlage auch im Zusammenhang mit der geplanten A 44 bei Kaufungen diskutiert.

Kein Erfolg ist dem Plan aus dem Jahr 2011 beschieden, entlang eines 9 km langen Abschnitts des Berliner Autobahnrings in Brandenburg eine reguläre Lärmschutzwand mit Solarmodulen von 8 auf 10 m zu erhöhen. Die Photovoltaikanlage sollte nach Fertigstellung rund 7,5 MW erzeugen.

Im September 2015 teilt die Landes-Verkehrsministerin Kathrin Schneider mit, daß es das Modellprojekt nicht geben wird, da trotz zweier Vergabeverfahren kein Investor gefunden werden konnte. Nach Angaben des Ministeriums sollten die höheren Kosten über den eingespeisten Solarstrom finanziert werden. Da die Vergütungen immer geringer werden, rechnet sich das aber nicht mehr.

Im Juni 2015 berichten die Blogs über ein Team der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden, das aus den zumeist grauen Lärmschutzwänden neben Autobahnen und ICE-Trassen jetzt farbenfrohe und doppelt nützliche Solarwände macht. Die umgesetzte Technologie besteht aus Lumineszenz-Solarkonzentratoren (Luminscent Solar Concentrator, LSC): farbige Paneele, die einfallendes Sonnenlicht empfangen und dann an die Ecken der einzelnen Elemente leiten, an denen klassische Solarzellen daraus Energie gewinnen.

Eine einjährige Testphase läuft bereits an der niederländischen Autobahn A 2 in der Nähe von Den Bosch. An zwei Stellen wird unter Anleitung der Baufirma Heijmans ein jeweils 5 m langer und 4,5 m hoher Abschnitt der Lärmschutzanlage zur Energiewand. Um die Leistung der LSC-Elemente genauer einschätzen zu können, werden daneben auch halbtransparente Paneele mit herkömmlichen Solarzellen verbaut. Zeigen die Tests positive Ergebnisse, könnten die Solarwände schon nächstes Jahr neben mehreren weiteren Autobahnen stehen. Nach den Angaben von Heijmans gibt es entlang der niederländischen Autobahnen fast 800 km Lärmschutzwände, die sich hervorragend für die Erzeugung von Solarenergie eignen würden.

Die LSCs können in jeder gewünschten Farbe produziert werden, sind robust und arbeiten sogar, wenn der Himmel bewölkt ist und nur indirektes Sonnenlicht einfällt. Damit sind sie optimal für Regionen mit einem hohen Anteil an diffusem Sonnenlicht, wie beispielsweise Europa. Ich habe sie unter dem Namen Fluoreszenzlicht-Solarzellen in der allgemeinen Übersicht ausführlicher beschrieben.

Nach Praxistests, die bereits 2014 in Hertogenbosch begonnen haben (und bei denen Unbekannte einmal das Portrait von Nikola Tesla darüber sprayen), startet die Firma im Jahr 2018 zusammen mit dem Forschungsinstitut TNO (Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek) und der Rijkswaterstaat (RWS), der ausführenden Behörde des niederländischen Ministeriums für Infrastruktur und Umwelt, die mit dem Bau und Unterhalt von Straßen und Wasserwegen beauftragt ist, das Projekt Solar Highways entlang der A 50 bei Uden in der südlichen Provinz Noord-Brabant.

Das Projekt, das mit  dem Energy Research Centre of the Netherlands (ECN) und dem Solar Energy Application Centre (SEAC) als weitere Partner durchführt wird, erhält von der Europäischen Kommission einen LIFE+-Zuschuß in Höhe von rund 1,4 Mio. €.

Im Februar 2019 geht auf der Ostseite der Autobahn A 50 ein 400 m langer und 5 m hoher Abschnitt der solaren Lärmschutzwände in Betrieb, die inzwischen den Namen Solar Noise Barriers (SONOB) erhalten haben. Anschlossen wird die Anlage, die allerdings keine bunten LSC-Paneele hat, durch die Ministerin für Infrastruktur und Wasserwirtschaft Cora van Nieuwenhuizen.

Die oberen Meter der Lärmschutzwand bestehen aus 136 gläsernen Solarpaneelen mit den Maßen 6 m Breite und 2 m Höhe, die mit bifazialen Solarzellen bestückt sind. Die Paneele werden in Ost-West-Richtung ausgerichtet, damit sie das Sonnenlicht von beiden Seiten absorbieren können und insbesondere die Morgen- und Nachmittagssonne optimal nutzen. Die Schallbarriere soll etwa 40 Haushalte mit lokal erzeugtem grünem Strom versorgen.

Die Energieerzeugungskapazität der solaren Lärmschutzwand wird nun über einen Zeitraum von 18 Monaten durch das SEAC überwacht. Zudem werden eine Reihe von Testabschnitten angelegt und z.B. verschiedenen Reinigungsverfahren unterzogen. Die Ergebnisse werden genutzt, um den künftigen Wartungsbedarf, die Leistung und die finanziellen Rentabilität solarer Lärmschutzwände genauer abschätzen zu können. Die Bilanz im Oktober 2020, nach gut anderthalb Betriebsjahren, lautet: Es ist machbar, und es funktioniert.

Als nächstes plant die RWS die Installation von Photovoltaik-Anlagen entlang einer 40 km langen Autobahnstrecke in der Provinz Drenthe sowie auf dem Mittelstreifen zwischen den beiden Fahrspuren. Insgesamt soll sich die Fläche über 300 ha erstrecken.

Im Jahr 2015 wird in der Gemeinde Zumikon an der Forchautostraße A 52 ein rund 300 m langer Abschnitt bei Leugrueb in Form einer 89 kW PV-Lärmschutzwand in Betrieb genommen. Im Vorfeld waren die Stromeinspeisung, Auswirkungen auf die Akustik, eventuelle Blendungen durch die Anlage sowie die Wirtschaftlichkeit abgeklärt worden. Die Realisierung wird unter Vorgaben zur Gestaltung und mit einem unbefristeten Nutzungsvertrag an die Zürichsee Solarstrom AG (ZSSAG) übergeben.

Um möglichst wenig verschiedene Materialien verwenden zu müssen, entscheidet man sich, nur Glas, Steinkörbe sowie die Photovoltaik-Module selbst einzusetzen. Dies bedeutet, auch die Lärmschutzelemente als Steinkörbe zu gestalten. Durch ein integriertes Lavabeton-Element wird der Schall zuverlässig abgehalten. Diese Bauweise erweist sich als sehr dauerhaft und wirtschaftlich.

Da die Glaselemente die Aussicht der Anwohner gewährleisten, gleichzeitig jedoch vogelsicher sein sollen, wird in Zusammenarbeit mit der Vogelwarte Sempach ein Punkteraster gewählt, durch das  die Vögel die Wand im Flug als Hindernis wahrnehmen, während die Punkte ab einer gewissen Distanz nicht mehr einzeln wahrnehmbar sind. Der erwartete elektrische Jahresertrag der Anlage von 89,5 MWh entspricht etwa dem Bedarf von 22 Haushalten.

Nach einer Entwicklungszeit von zweieinhalb Jahre beginnt im Sommer 2016 in Neuötting der Bau einer besonders ästhetischen solaren Lärmschutzwand, wie man an dem Foto von Manfred Gorgus (Solar-Professionell) gut erkennen kann. Um auf die Bedenken der Anwohner gegenüber einer 5 m hohen Lärmschutzwand einzugehen, entwickeln die Firmen KOHLAUER GmbH, ein Spezialist für Lärmschutzkonzepte, und Maxsolar, ein Projektierer von PV-Anlagen, eine Lärmschutzwand aus vormontierten Elementen mit integrierten Spezial-Solarmodulen.

Das Fertigbausystem besteht aus standardisierten und vormontierten Elementen aus Acrylglas sowie einem patentierten Gitterdämmsystem, das teilweise mit Solarmodulen verbunden ist. Im Gegensatz zu  Lärmschutzwände aus Beton, auf denen nachträglich Solarmodule angebracht werden, hat das neue System den Vorteil, daß die Lärmschutzwand vor Ort in einem Zusammensteckverfahren schnell errichtet werden kann und die Elemente zukünftig auch in anderen Projekten eingesetzt werden können.

Die 234 m lange Wand ist 5 m hoch und wird mit einer Neigung von 5° aufgestellt, um etwas mehr Sonnenlicht einzufangen. Sie in drei Zonen aufgeteilt. Unten befindet sich das akustisch wirksame Gitterdämmsystem, über dem in 1,28 m Höhe durchsichtige und 1,50 m hohe Acrylglas-Elemente angebracht sind, die den Anwohnern Durchblick gewähren. Die darüber liegende enthält die Photovoltaik. Zwischen den Pfosten im Abstand von 4 m werden auf der sonnenzugewandten Seite zwei PV-Emente mit je zwei Modulen eingeschoben, auf deren Rückseite das Lärmschutz-Gitterdämmsystem angebracht ist. Den oberen Abschluß bildet der Kabelkanal.

Die Anlage mit knapp 65 kW soll jährlich rund 51,5 MWh (andere Quellen: 58 MWh) Solarstrom produzieren. Ihren Betrieb übernimmt die Energiegenossenschaft Inn-Salzach (Egis), die die PV-Elemente als Investor finanzierte.  66 % des Stroms nimmt die Montessori-Schule des Ortes ab. Das System wird 2017 mit dem pv magazine award in der Kategorie ‚top business model‘ ausgezeichnet.

Im September 2016 wird über die Ergebnisse eines studentischen Forschungsprojekts der Fakultät Maschinenbau an der Technischen Hochschule Ingolstadt berichtet, bei dem unter der Leitung von Prof. Jörg Bienert die lärmvermindernde Wirkung von Lärmschutzwänden am Rand von Bundesstraßen und Autobahnen untersucht wurde, an denen zusätzliche Photovoltaikmodule aufgebracht sind.

Initiiert hat das studentische Projekt, das in Kooperation mit der oberbayerischen Gemeinde Weichering im Landkreis Neuburg-Schrobenhausen durchgeführt wird, das Ingolstädter Solarunternehmen Anumar GmbH. Die Ruhe in Weichering wird nämlich durch den Autoverkehr gestört, der auf der viel befahrenen Bundesstraße 16 rollt. Zwar steht schon eine Lärmschutzwand, doch die Bundesstraße soll jetzt ausgebaut werden, wodurch sich die Belastung der Anwohner weiter erhöhen würde.

Die Anumar schlägt der Gemeinde daher vor, die Lärmschutzwand zusätzlich mit Solarmodulen zu belegen und damit doppelten Nutzen zu erzielen. Auf der einen Seite verringert sich der störende Straßenlärm, weil die Schutzwand durch die Module dicker wird und die Solarpaneele außerdem einen Hohlraum zwischen Wand und Oberfläche schaffen, der ebenfalls lärmmindernd wirkt. Auf der anderen Seite kann der produzierte Strom in der Gemeinde vermarktet werden.

Um die Lärmminderung auch beziffern zu können, bauen die Studenten ein maßstabsgetreues Modell der Lärmschutzwand auf, bei dem die Geometrie des Schallschutzwalles mit Photovoltaikmodulen und die Absorption der Peripherie so exakt wie möglich abgebildet werden. Bei den Meßreihen kommt eine lärmmindernde Wirkung von zwei Dezibel heraus, was auf den ersten Blick geringfügig erscheinen mag, aber in etwa der Lärmvermeidung entspricht, die durch den Einsatz von sogenannten Flüsterstraßenbelägen erzielt wird.

Zudem ist zu bedenken, daß der üblicherweise in Dezibel ausgedrückte Schallpegel nicht linear steigt oder abfällt, sondern logarithmisch. Das bedeutet, daß gerade bei bei hohen Lärmbelastungen zwei Dezibel Minderung eine größere Auswirkung haben als bei ohnehin niedrigen Belastungen.

Auch bei dem vom TNO koordinierten Projekt Rolling Solar, das im September 2018 anläuft, geht es neben Solarstraßen auch um Lärmschutzwände (s.u.).

 

Weiter mit den Solarstraßen...