Solar unter Schneedruck

Im Juni 2023 versammelt sich die Photovoltaikbranche auf der Intersolar, der weltweit führenden Messe, in München. Solarkraftwerke in den Alpen versprechen hohe Erträge. Das SLF (Schnee- und Lawinenforschungsinstitut) analysiert die Bedrohung dieser Anlagen durch alpine Gefahren und unterstützt bei ihrem Schutz.

Die Verwendung von Photovoltaik in großen Höhen an Berghängen könnte ein Erfolgsmodell sein. Durch die hohe Lichtintensität und die geneigten Flächen ist die Lichtausbeute höher als in tiefer gelegenen Gebieten. Studien zeigen, dass solche Anlagen gut geeignet sind, um die Versorgungslücke im Stromnetz während der Wintersaison zu schließen. Einige Anlagen stehen bereits in den Alpen, zum Beispiel das höchstgelegene Solarkraftwerk Europas auf fast 3000 Metern am Pitztalgletscher in Österreich. Im Winter reflektiert der Schnee das Sonnenlicht und generiert zusätzliche Stromerträge.

Allerdings stellt dieser Schnee auch eine Gefahr für die Anlagen dar. Dieses Problem wurde von den Entwicklern bei den ersten Projekten in Bergregionen oft unterschätzt. Mittlerweile sind sie sich jedoch der Problematik bewusst und greifen auf die Expertise des SLF zurück. Stefan Margreth, Leiter der Forschungsgruppe Schutzmaßnahmen am SLF, erklärt: "Drei Faktoren bedrohen die Kraftwerke in exponierten Lagen: erhöhte Windlasten, Schneedruck und Lawinen."

Gemeinsam mit seinem Team analysiert er mithilfe von Simulationsmodellen wie RAMMS die Gefahren und ermittelt mögliche Kräfte, die auf die Anlagen einwirken könnten. Ein Besuch vor Ort ist unerlässlich, um Details wie Schneemulden oder Unterschiede in der Geländebeschaffenheit zu erkennen. "Jeder Meter zählt", sagt Margreth. Er identifiziert potenzielle Lawinengefahrengebiete, betrachtet die Schneehöhen der vergangenen Jahre und berechnet die Schneedruckkräfte. Mithilfe von Drohnen erstellt das SLF Schneehöhenkarten für die Projektperimeter. Die Ergebnisse variieren stark. "Manchmal bestehen keine Gefahren, manchmal bleibt nur ein kleiner Prozentsatz der ursprünglichen Fläche als unbedenkliches Areal übrig", erklärt der Ingenieur.

Margreth und sein Team analysieren jedoch nicht nur die Gefahren, sondern liefern auch mögliche Lösungsansätze. "Um Lawinenrisiken zu reduzieren, empfehlen wir, nicht auf oder unter Flächen zu planen, die steiler als 30 Grad sind", sagt der Wissenschaftler. Wenn die Hangneigung weniger als 30 Grad beträgt, ist es unwahrscheinlich, dass Lawinen ausgelöst werden. Schneedruck hingegen entsteht auch in flacherem Gelände mit einer Neigung von bis zu etwa 20 Grad, wenn die Schneedecke langsam talwärts gleitet. Dieser Effekt ähnelt einer Schneebrettlawine, die sich langsam bewegt. Margreth beschreibt den Effekt: "Dadurch erhöhen sich die Kräfte auf die Unterkonstruktion, die oft nur auf Windlasten und nicht auf Schneedruck ausgelegt ist." Durch den Schnee wirken zusätzliche Kräfte auf die Stützen. Eine Lösung besteht darin, Stützen und Fundamente zu verstärken.

Auch die richtige Wahl des Abstands zwischen Boden und den Photovoltaikmodulen ist wichtig. "Wenn der Abstand zu gering gewählt wird, verringert sich zwar die Windlast, aber das Modul kann eingeschneit und durch Schneedruck belastet werden", erläutert Margreth.