Projekt 24715/01

PV-Anlage aus verformbaren Dünnschichtmodulen

Projektträger

BAV Bergischer Abfallwirtschaftsverband
Braunswerth 1 - 3
51766 Engelskirchen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Deponien werden nach ihrer Betriebsphase mit einer temporären oder dauerhaften Abdeckung versehen. Durch den Einsatz von nicht konvektionsdichtem Boden kann bei temporären Abdeckungen klimaschädigendes Deponiegas entweichen und der Eintritt von sickerwasserbildendem Niederschlagswasser in die Deponie nur begrenzt vermindert werden.
Ziel des Projekts war die anwendungsreife Entwicklung und Erprobung einer innovativen und ressourcenschonenden Photovoltaikanlage aus verformbaren Modulen, die gleichzeitig der solaren Stromerzeugung und der emissionsverhindernden Deponieoberflächenabdichtung dient. Durch die Art der Stromerzeugung, die Unterbindung erheblicher Methanemissionen (die dann nahezu vollständig durch das Deponieentgasungssystem erfaßt werden) und deren energetische Nutzung kann so ein deutlicher Beitrag zum Klimaschutz geleistet werden. Das erprobte System senkt den Ressourcenverbrauch für den Bau der Deponieabdeckung erheblich und stellt ein Flächenrecycling der Deponiefläche da.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs wurden zwei Varianten mit unterschiedlichem Trägermaterial untersucht: Fertig laminierte Produkte mit Dachdichtungsbahnen und neu zu entwickelnde und zu erprobende Verbunde aus PE-HD-Deponiedichtungsbahnen und fertig laminierten Dachbahn-Solarzellen-Kombinationen bzw. flexiblen Solarzellen. Hierfür wurden Verbindungsversuche durchgeführt. Neben Verlegung und Verbindung der Bahnen wurden Setzungsauswirkungen auf das System (z. B. Wellenbildung und Schäden) und die Eignung zur Wiederaufnahme und Neuverlegung untersucht.
Das System wurde zur Untersuchung von Stromerzeugung und Verschmutzungsgefahr an zwei unterschiedlichen Böschungsneigungen von ca. 1:3 und 1:15 getestet. Des Weiteren wurden Beständigkeit, sowie die Auswirkungen der unterschiedlichen Trägermaterialien auf den Wirkungsgrad der Module und die Auswirkung der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Trägermaterialien untersucht.
Der deponietechnische Teil wurde durch Wasteconsult betreut, der elektrotechnische Teil dieses Projektes durch das Ingenieurbüro Mencke und Tegtmeyer. Verlegung und Verbindung der Bahnen, sowie Hangprofilierung wurden durch den BAV durchgeführt. Im 1. Halbjahr 2007 wurden die ersten Verbindungsversuche und die Hangprofilierung durchgeführt. Im 3. Quartal 2008 wurden die dachbahnbasierten Versuchsfelder sowie ein kristallines Referenzfeld errichtet und in Betrieb genommen. Danach erfolgen die Betreuung der Meßtechnik und die Datenaufnahme. Prototypen der PEHD-Verbunde folgten 2009.


Ergebnisse und Diskussion

Große Lieferschwierigkeiten bei flexiblen Solarmodulen im ersten Projektjahr sowie die unerwartet großen technischen Schwierigkeiten bei der Entwicklung der PEHD Verbundbahnen führten zu einem deutlich größeren Zeitbedarf für das Vorhaben als ursprünglich vorgesehen. Durch mehrfache Verlängerung des Vorhabens konnten die geplanten Versuchsfelder jedoch weitgehend realisiert werden und auch das Hauptziel der Entwicklung einer Verbundbahn aus PE-HD Deponiedichtungsbahn und flexiblen Solarmodulen erreicht werden. Auf der Deponie Leppe konnten Versuchsfelder mit flexiblen Modulen auf Dachbahnbasis über mehrere Jahre erfolgreich betrieben werden. Die Errichtung von elektrisch angeschlossenen Versuchsfeldern mit den PE-HD Verbundbahnen war innerhalb der Projektlaufzeit jedoch nicht mehr möglich, da der nach hinten geschobene Einbauzeitpunkt mit notwendigen Umprofilierungsarbeiten auf der Deponie kollidierte. Die Verbunde waren aber zum Abschluss der Projektlaufzeit produktions- und marktreif.
Beim Vergleich der Energieerträge der vorhandenen Einbauvarianten konnten keine signifikanten Unter-schiede festgestellt werden, so dass die Einbauart auf Basis genehmigungstechnischen und finanziellen Randbedingungen festgelegt werden muss.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Vorhabensergebnisse wurden auf zahlreichen nationalen und internationalen Fachtagungen sowie in der Fachpresse vorgestellt:
Kuehle-Weidemeier, M. (2011): Development, construction and operation of a flexible landfill cover with an integrated photovoltaic power plant. In: SARDINIA 2011, Thirteenth International Waste Management and Landfill Symposium, S. Margherita di Pula (Cagliari, Italy).
Kühle-Weidemeier, M. (2011): Nachnutzung von Deponien durch Photovoltaikanlagen - Technik und Potenziale. Kasseler Abfallforum 2011. In: Wiemer, K; Kern, M. (2011): Bio- und Sekundärroh-stoffverwertung VI. ISBN 3-928673-58-0.
Kuehle-Weidemeier, M. (2010): Implementation of the first landfill cover sealing with integrated pho-tovoltaic power plant. International Symposium Waste Management Zagreb 2010.
Kuehle-Weidemeier, M. (2010): Implementation of the first landfill cover sealing with integrated pho-tovoltaic power plant. Second Global Waste Symposium, San Antonio, Texas, USA.
Kuehle-Weidemeier, M. (2008): A new landfill cover with integrated photovoltaic power plant. Poster at the Global Waste Symposium, Copper Mountain, Colorado, USA.
Kühle-Weidemeier, M. (2008): Verbundsystem aus Deponieoberflächenabdichtung und Fotovoltaik-anlage. Depotech 2008, Leoben, Österreich..
Kühle-Weidemeier, M. (2008): Nachnutzung von Deponien durch Photovoltaik am Beispiel der De-ponie Leppe. 18. Karlsruher Deponie- und Altlastenseminar 2008.
Kühle-Weidemeier, M. (2008): Deponie Leppe: Oberflächenabdichtung mit Fotovoltaikanlage. 24. Fachtagung Die sichere Deponie, Würzburg 7.-.8 Februar 2008.
Kühle-Weidemeier, M. (2007): Strom aus dichter Deponieoberfläche. In: Umweltmagazin 11/2007.
Kuehle-Weidemeier, M. (2007): The first surface sealing with integrated photovoltaic power plant. In: SARDINIA 2007, Eleventh International Waste Management and Landfill Symposium, S. Margherita di Pula (Cagliari, Italy).
Kühle-Weidemeier, M. (2007): Die erste Deponieoberflächenabdichtung mit integrierter Photovoltaikanlage. In: DAS-IB GmbH (Hrsg.) Bio- und Deponiegas Fachtagung 2007. Synergien nutzen und voneinander lernen. Tagungsband. ISBN 978-3-938-775-04-02.


Fazit

Die Anwendung von flexiblen Solarmodulen als Deponieoberflächenabdichtung wurde erfolgreich realisiert und erprobt. Neben der Verwendung von Produkten aus dem Dachabdichtungsbereich wurde auch ein Verbund aus PEHD-Deponieabdichtungsbahnen und verformbaren Dünnschichtmodulen produktionsreif entwickelt. Dieses kommt insbesondere für bisher noch nicht abgedichtete Deponiebereiche in Betracht. Bei flexiblen Dünnschichtmodulen hat in der vergangen Zeit nicht ein so starker Preisrückgang wie bei kristallinen Modulen stattgefunden, wodurch das System derzeit wirtschaftlich benachteiligt ist. Bei weiterem Modulpreisrückgang werden bei konventionellen Deponiesolaranlagen künftig jedoch die Kosten des Trägersystems zum dominierenden Faktor werden. Dann ist die wirtschaftliche Konkurrenz-fähigkeit des Systems zu erwarten.