Frankfurt braucht viel mehr Photovoltaik-Fläche

Weniger als 1 Prozent des Stroms in Frankfurt wird derzeit durch Photovoltaik produziert. Die Bundesregierung sieht seit der Energiewende vor, bis zum Jahr 2050 80 % des Strombedarfes in Deutschland aus erneuerbaren Energien zu decken. Für Frankfurt mit seinem Gesamtstromverbrauch von rund 7.100 GWh/a bedeutet das, rund 5.700 GWh/a müssen aus erneuerbaren Energien kommen. Und da Windkraft in Frankfurt wegen des Flughafens nicht ausgebaut werden kann, wird die Photovoltaik den wichtigsten Beitrag leisten müssen.

Warum wird aktuell nicht mehr Photovoltaik verbaut?

Zum einen ist nicht zu unterschätzen, dass unsere Stromnetze ursprünglich nicht dafür ausgelegt wurden, dezentral und sehr volatil anfallende überschüssige Strommengen einzusammeln und weiterzuleiten. Doch während Steuerungssysteme dafür immer weiterentwickelt und ausgebaut werden, ziehen insbesondere in Innenstadtlagen Immobilienbesitzer noch nicht in gleichem Maße nach.

In der Regel scheuen Hausbesitzer bei bestehenden Gebäuden den Aufwand, an einem funktionierenden, dichten Dach herumzubasteln oder durch vermietete Räumlichkeiten neue Leitungen durchzuziehen.

Hinzu kommt: Die Stromversorgung durch den Zentralversorger Mainova ist günstig, bequem und bereits angeschlossen. Das Wechselspiel zwischen Eigennutzung von selbsterzeugtem Strom und Einspeisung der Überschüsse in das Versorgernetz stellt für viele Hausbesitzer steuerungstechnisch ebenfalls einen Zusatzaufwand dar.

Und ein weiteres wichitges K.O.-Kriterium für viele Gebäudebesitzer: Photovoltaik-Anlagen verändern das Aussehen eines Gebäudes meist nicht zu seinen Gunsten, da sie klassischerweise vor allem im Hinblick auf Effizienz und nicht auf Schönheit entwickelt werden.

Auf den Brücken soll sich das alles ändern: Überall dort, wo Bürger die Flächen sehen können, wird ästhetisch angenehme oder unauffällige Photovoltaik installiert. An den Außenarmen der Brücken hingegen, wo kaum jemand von der Seite oder von oben draufschaut, wird deutlich effizientere und optisch weniger attraktive Photovoltaik verwendet.

Es erfolgt auf den Brücken auch keine Einzelabrechnung pro Gebäude mit dem Versorger Mainova, sondern es erfolgt ein brückeninternes „Netting“ innerhalb des Quartiers, und eine Saldierung mit der Mainova findet nur über brückeninterne Versorgungsknotenpunkte, den „Versorgungszentralen“, statt.

Dächer, Fassaden, Mauern, Stationen – auf den Frankfurter Brücken können auf vielen Flächen ästhetisch schöne Photovoltaik-Module aus der Pipeline der Forschung und der Industrieentwicklung angebracht werden

Es gibt verschiedene Arten von Arealen für das Anbringen von Photovoltaik. Die wichtigsten sind: (1) Gebäudedächer, (2) Dächer von Stationen oder Baldachinen über den Wegen sowie (3) die Seiten des  Brückenkorpus mitsamt den Säulen. Auch vertikal (4) können PV-Module angebracht werden, z.B. an den Absturzsicherungen bzw. den Sichtschutzscheiben am Brückenrand ebenso wie an Fassaden. Doch eines haben sie alle gemeinsam: Alle Photovoltaikmodule sollten sich im Alltag ästhetisch eingliedern in das Stadtbild bzw. in das „Brückenbild“ und nicht besonders auffallen.

Auf den Frankfurter Brücken können in Summe 1 Mio. Quadratmeter Fläche mit Photovoltaik ausgestattet werden: 475.000 m2 Dachfläche sowie weitere 525.000 m2 sonstige spezielle Brückenfläche

Würden man alle Flächen auf den Brücken nutzen, stünden noch mehr Quadratmeter für PV-Module zur Verfügung. Aber in der Innenstadt, wo die Brücke durch Bebauung führt und daher von allen Seiten schön sein muss, wird wenig Photovoltaik auf und an den Brücken angebracht werden.

Auch an den Außenarmen, wo die Brücken noch durch Wohngebiete verlaufen, wird Photovoltaik nur in ästhetisch integrierter Form installiert.

Denn es wäre schade, wenn moderne Kunst oder Kunsthandwerk an den Seiten der Brücken oder an den Säulen von technischen Modulen ästhetisch beeinträchtigt oder sogar verdeckt würden. Außerdem sind viele Säulen mit Kletterpflanzen bewachsen, die die Photovoltaik überdecken würden.

Aber sobald die Brücken aus der Stadt herausführen und von der Seite keine Anwohner mehr darauf schauen (und keine hohen Gebäude rechts und links sie verschatten), werden alle nur möglichen Flächen mit Photovoltaik versehen.

Die Ausstattung von Flächen mit Photovoltaik darf daher nicht überall in gleicher Form vorgenommen werden, sondern muss je nach Brückenabschnitt segmentiert erfolgen.

Das gesamte Brückennetz wurde segmentiert nach „Schönheitsgrad“ der installierbaren Photovoltaik bzw. dem Grad der Unauffälligkeit

Photovoltaik auf dem Ring und entlang von Wohngebäuden ist ästhetisch ansprechend oder extrem unauffällig geplant, auf den Außenarmen hingegen können streckenweise hocheffiziente klassische Solarmodule angebracht werden

Bei den Energie-Berechnungen werden (1) der Neigungswinkel, (2) die Richtung sowie (3) die ästhetische Wirkung auf den Energieertrag der Paneele und zu guter Letzt auch (4) die Verschattungswirkung der benachbarten Gebäude und Bäume berücksichtigt.

(1) Mit dem Bau der Brücken entstehen über 500.000 m2 Dachfläche auf den Brückengebäuden, die theoretisch alle für Photovoltaik genutzt werden könnten – aber selbst mit einem Teil davon können bereits 58 GWh/a Strom erzeugt werden

(1) Dächer: Begrünte Dächer auf den Brücken, Dächer mit großen Dachterrassen oder auch kunsthandwerklich besondere Dächer werden nicht mit Photovoltaik belegbar sein

Im Stadtgebiet Frankfurt „erntet“ man pro Quadratmeter Photovoltaikfläche mit modernsten Technologien bis zu 275 kWh im Jahr – allerdings nur, wenn es sich um unverschattete Flächen auf dem Dach mit entsprechender Ausrichtung zur Sonne hin handelt.

Insgesamt werden allerdings nur auf 80 % der Dächer, die sich hauptsächlich auf den Außenarmen befinden, PV-Module mit Schiefer- oder Ziegel-Optik angebracht. Diese Module lassen sich zwar ästhetisch weitestgehend integrieren, weisen jedoch nur einen Wirkungsgerad von 12 % auf (im Gegensatz zu hocheffizienten Modulen, beei denen er bei über 25,5 % liegt).

Auf den Dächern der Innenstadt-Gebäude wird keine PV verwendet, denn zu handwerklich kunstvoll gedeckten Schiefer-, Kupfer oder Ziegeldächern im Innenstadtbereichen passen keine industriell gefertigten Photovoltaik-Bauteile – auch wenn sie noch so schön gefärbt oder geformt sind.

Da es zahlreiche andere Flächen auf den Frankfurter Brücken gibt, auf denen PV-Module angebracht werden können, kann man es sich bei den Gebäuden des Brücken-Innenstadtrings „leisten“, keine Photovoltaik auf dem Dach zu installieren. Die Dächer dort werden von der Meisterakademie für Kunsthandwerk im traditionellen Stil erbaut und haben eine kulturhistorische Funktion – leisten also auf andere Art und Weise einen wertvollen gesellschaftlichen Beitrag.

(2) Baldachine: Die Wege auf den Frankfurter Brücken sind zum Teil von Baldachinen überdacht, die die Fußgänger vor Sonnenhitze oder Regen schützen und knapp 20 GWh/a Strom erzeugen

Die Ästhetik der PV-Module hängt wie überall an den Brücken davon ab, ob die PV-Module von Gebäuden entlang der Brücken aus gesehen werden können oder nicht. An bestimmten Stellen, wo die Brücken sehr hoch sind (z.B. am IT-College), werden die Seiten bis zu einer Höhe von 4,5 m mit PV-Modulen ausgestattet.

(5) Um die Stromversorgung zu ergänzen, können die Brücken an ihren Enden als Überdachungen der Autobahnen fortgeführt werden

Um den Aufwand für diese PV-Installationen so gering wie möglich zu halten, werden die „Autobahn-Extensions“ nur dort angebracht, wo die Autobahn geradlinig verläuft, da ansonsten zu dem Installationsaufwand auch der Aufwand von Sonderanfertigungen für gebogene PV-Dachmodule hinzukäme. Alle sieben Arme der Frankfurter Brücken enden über Bundesfernstraßen: Insgesamt können mit solchen „Extensions“  30.000 m² Fernstraße überdacht und mit PV Module in Sonnenrichtung und im optimalen Winkel ausgestattet werden. Damit können insgesamt 7 GWh/a Strom erzeugt werden.

(6) Parkplätze neben den Brücken: Entlang der Frankfurter Brücken können überdies 380.000 m2 Parkplätze mit PV-Modulen ausgestattet werden

380.000 m² photovoltaisch aktivierbare Parkplatzüberdachungen sollen im Zuge des Brückenbaus rechts und links über den Parkplätzen von Baumärkten, Gewerbeeinheiten oder Büros entstehen – ohne Kosten für die Liegenschaftsbesitzer. Diese haben den Vorteil, dass ihre Kunden bei jedem Wetter geschützt ihre Fahrzeuge verlassen oder betreten können: bei Regen steigen sie trockenen Fußes aus und im Sommer nicht in ein überhitztes Auto ein. Außerdem können ihre Mitarbeiter oder Kunden über Lademöglichkeiten an den Ständersäulen ihre E-Fahrzeuge während der Parkzeit aufladen.

(6) Dächer neben den Brücken: Auf 725.000 m2 Dachfläche von Firmen und Institutionen entlang der Frankfurter Brücken können schonend PV-Module aufgelegt werden

Entlang der Frankfurter Brücken befinden sich Flachdächer von großen Firmen-Gebäuden oder Institutionen, von denen viele für PV-Module geeignet sind. Für die meisten Liegenschaftsbesitzer sind Schienensysteme und auf lastenverteilenden Bautenschutzmatten aufliegende Module am attraktivsten, die die Wärmedämmung und Dachhaut nicht beschädigen. Durch die Kooperation mit der Brückengesellschaft haben Liegenschaftsbesitzer einen kompetenten Partner bei der Montage, dem Betrieb, der Nutzungsverteilung und der Speicherung für die PV-Anlagen auf ihren Dächern – wodurch das Anbringen von PV-Modulen auf dem Dach für sie bequem und vorteilhaft wird.

In Summe können mit PV-Modulen auf und entlang der Brücke 417 GWh Strom pro Jahr erzeugt werden

Den größten Beitrag auf den Brücken leisten hierzu die Dächer der Brückengebäude mit 58 GWh/a, da sie auf nicht einsehbaren Flachdächern im optimalen Winkel von 37 Grad zur Sonne hin ausgerichtet werden können. An zweiter Stelle stehen mit 31 GWh/a die PV-Module, die an den Brückenseiten angebracht werden. Diese werden vertikal integriert, d.h. sie werden nur bedingt bzw. an manchen Stellen im optimalen Winkeln zur Sonne hin von der Brückenseite „abgespreizt“.

Große Parkplätze und Gebäude neben den Brücken bieten allerdings das größte Potential: Da sie zum größten Teil entlang der Außenarme der Frankfurter Brücken liegen und kaum aus Wohngebäuden auf sie draufgeschaut werden kann, werden weite Teile ihrer Fläche mit hocheffizienten, optimal zur Sonne hin ausgerichteten PV-Modulen belegt, die mit 277 GWh/a in Summe fast doppelt so viel produzieren wie die PV-Module direkt auf und an den Brücken.

Das Konzept der Energiebänder ist einfach zu implementieren, vergleichsweise kostengünstig und weder für Natur noch Menschen invasiv

Ca. alle 15 Meter wird ein Mast aus Eisenfachwerk aufgestellt, ähnlich den herkömmlichen Strommasten, nur viel kleiner: Die Fachwerk-Konstruktion ist materialsparend und sorgt dafür, dass Autofahrer freie Sicht entlang der Straße behalten.

In einer Höhe von rund 5 Metern werden die Masten miteinander verbunden, und Photovoltaik-Module werden an den Verbindungsstegen in einer Reihe (wie ein Band) zwischen den Masten angebracht. Eine zweite Reihe wird ca. 2 Meter über der ersten angebracht, so dass die Verschattung der unteren Reihe geringfügig bleibt.

Die PV-Module haben eine Breite von 1,50 m und werden im optimalen Winkel zur Sonne ausgerichtet. Es handelt sich um hocheffiziente schwarze PV-Module. Da sie über dem Rand von Straßen angebracht werden, die bereits dunkelgrau sind, können sie kilometerlang installiert werden, ohne dass sie sich auf die Albedo oder das Lokalklima auswirken.

Die tatsächliche optimale Nutzung dieser enormen Mengen an zusätzlichem Strom muss allerdings durch den lokalen Versorger, die Mainova, bestimmt werden: 140 GWh/a verbraucht das Quartier der Frankfurter Brücken davon selbst. Ein Großteil der verbleibenden 377 GWh/a fließt in die Produktion von Grünem Wasserstoff und die Fahrzeugversorgung entlang der Brücken.

Bei einer fachgerechten Montage sind keine erhöhten Gesundheitsgefahren durch eine Photovoltaikanlage zu erwarten

Der Zoologe und Forscher zum Magnetsinn von Tieren, Professor Dr. Hynek Burda (Duisburg), untersuchte in einer Studie den Einfluss von niedrigfrequenten Feldern auf die Melatoninausschüttung im Körper und kam zu dem Ergebnis, dass Kälber, die elektromagnetischen Wechselfeldern ausgesetzt waren, im Winter weniger vom Schlafhormon Melatonin produzieren als im Sommer – wobei der Effekt sich im Sommer umkehrt.

Die Ursachen hierfür sind unklar und noch nicht erforscht, aber gewisse Effekte magnetischer Felder auf den menschlichen Organismus können nicht ausgeschlossen werden. Daher ist es entscheidend, bei der Planung integrierter Photovoltaik fachgerecht die Auswirkungen magnetischer Felder auf ein völlig unbedenkliches Maß zu reduzieren: Gleichstromleitungen der PV-Anlage möglichst nahe beieinander verlegen, um magnetische Wechselfelder zu reduzieren, auf geringe Leitungsschleifenbildung achten, Abstände zum Wechselrichter einhalten, für fachgerechte Erdung sorgen etc. gehören zu den Regeln, die Fachfirmen allesamt anwenden.

Die zusätzliche Elektrosmog-Belastung durch eine PV-Anlage ist bei richtiger Ausführung auch aus baubiologischer Sicht entsprechend gering und gesundheitlich unbedenklich.

Mit dem Ausbau von Wind- und Sonnenenergie wird es in Spitzenzeiten immer häufiger Energie im Überfluss geben

Im Jahresschnitt sind Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen so effektiv, dass Deutschland nicht nur genug, sondern in Zukunft, nach dem großzügigen Ausbau dieser Technologien sogar mehr als genug Strom haben wird. Das Problem: Der Strom wird je nach Wind und Sonne nicht unbedingt zu der Zeit produziert, zu der er auch gebraucht wird. Immer dann, wenn mehr Strom produziert als verbraucht wird, müssen Anlagen, die Grünen Strom produzieren, entweder abgeschaltet werden, oder der Strom muss ins Ausland oder Umland verkauft bzw. zu Negativpreisen abgegeben werden. Insbesondere weil Stromspeichermöglichkeiten wie Batterien und Pumpspeicherkraftwerke derzeit nur sehr begrenzt verfügbar sind, gibt es dann zu bestimmten Zeiten zu viel Strom, den man ohne Speicher nirgends sinnvoll brauchen kann und der im Extremfall sogar eine Überlastungsgefahr für das Stromnetz birgt. Wegen dieses „Überschusses“ an Strom hat die Zahl der Stunden, in denen Strom zu Negativpreisen verkauft wird, in den letzten Jahren deutlich zugenommen: Wer Strom verkaufen will, muss den Abnehmern in diesem Fall auch noch Geld bezahlen.