Beispiele für Freiflächen-Solarthermieanlagen

Freiflächen-Solarthermie Überlingen-Schättlisberg

Das Kollektorfeld der Solarthermieanlage in Überlingen-Schättlisberg liegt in einem sogenannten „Ohr“, das von der Abfahrt der Bundesstraße B31 gebildet wird.
(Bild: Stadtwerke am See)

Freiflächen-Solarthermieanlage Freudenstadt

Die Solarthermieanlage in Freudenstadt ist auf einer eher langen und schmalen Parzelle installiert. Dies ist im Vergleich zu vielen anderen Solarthermie-Freiflächenanlagen ein unüblicher Flächenzuschnitt und erhöhte in diesem Fall den Aufwand für die Verrohrung, ermöglicht jedoch jährlich rund 800 MWh klimafreundliche Wärme für das lokale Wärmenetz.
(Bild: Ritter XL Solar)

Solarthermieanlagen auf Freiflächen

Solarthermieanlagen auf Freiflächen können aufgrund der größenbedingten Skaleneffekte und der deutlich einfacheren Montage günstigere Wärme produzieren als Aufdachanlagen mit vergleichbarer Bruttokollektorfläche. Allerdings sind dafür geeignete Freiflächen nötig.

Der Flächenbedarf setzt sich zusammen aus den Flächen für:

  • Kollektorfeld, also aufgeständerten Kollektorreihen und dem jeweiligen Reihenabstand,
  • Heizzentrale und Zufahrt,
  • Wartungsgassen quer zu den Kollektorreihen; dort sind meist die Sammelleitungen des Kollektorkreislaufs unterirdisch verlegt,
  • sowie ggf. Abstände zu verschattendem Bewuchs und Grenzen,
  • und ggf. ökologische Ausgleichsflächen.

Solarthermieanlagen haben folgende Ansprüche an die Lage der Freifläche:

  • grundsätzlich südorientierte Ausrichtung (leichte Abweichungen nach West oder Ost erzeugen nur geringe Nachteile)
  • und möglichst geringe Verschattung,
  • Anbindung an ein Wärmenetz möglich oder schon vorhanden. Denken Sie an kommunale Straßen und Infrastrukturflächen, in die ggf. das Netz verlegt werden kann.
  • Nähe zu den Wärmeverbrauchern, sprich Gebäuden, um Wärmeverluste während des Transports gering zu halten.

Bedenken Sie auch folgende Aspekte bei der Flächensuche:

  • Ein zusammenhängender Flächenzuschnitt der Freifläche – rechteckig oder quadratisch – ist günstig, vor allem für die Komplexität der Montage und Verrohrung. Eine effizientere Montage führt zu höherer Wirtschaftlichkeit der Solarthermieanlage; die Investition wird geringer.
    Eine rechteckige oder quadratische Freifläche ist jedoch kein „Muss“. Die Solarthermieanlagen Überlingen-Schättlisberg (Baden-Württemberg) und Freudental (ebenfalls Ba-Wü) nutzen anders geschnittene „Restflächen“ effizient aus und sind wirtschaftlich.
  • Weitere Energieerzeugungs- und Verteilanlagen können gute Nachbarn von Freiflächen-Solarthermieanlagen sein.
    Denken Sie an z.B. bestehende oder geplante Heizzentralen, Photovoltaik-Anlagen, Umspannwerke, Speicher sowie andere technische Anlagen wie z.B. Klärschlammverbrennungsanlagen. Bauplanungsrechtlich sind sie großen Solarthermieanlagen ähnlich und können im bauleitplanerischen Prozess zusammengefasst und z.B. als „Sondergebiete für Erneuerbare Energien“ ausgewiesen werden.
    Beispiel: Solarthermieanlage Leipzig
  • Ist in Ihrem Projektgebiet Glasfaserausbau ein Thema? Erwägen Sie auch die Möglichkeit, die Baumaßnahmen für Glasfaser mit denen der Wärmenetzverlegung zeitlich und organisatorisch zu kombinieren.

FAQ zu Solarthermie auf Freiflächen

Zwei Voraussetzungen für günstige Wärmegestehungskosten und somit einen wirtschaftlichen Betrieb von solarthermischer Wärmeerzeugung sind zum einen eine ausreichende Anlagengröße (Skaleneffekt) und zum anderen eine einfache, zeitsparende und kostengünstige Montagetechnik (siehe FAQ 3.7 „Wie werden Kollektorfelder auf Freiflächen errichtet?“). Möglichkeiten sind hier die Montage von Kollektorfeldern auf Gebäudedächern oder die Nutzung von Freilandflächen.

Obwohl in den letzten Jahren auch für die Dachintegration bzw. Dachmontage von Kollektoren hochwertige Systemtechnik entwickelt wurde, sind die Kosten für die Realisierung von Kollektorfeldern bei Freiflächenanlagen im Vergleich deutlich geringer. Die kosteneffiziente Realisierung großer Freiflächen-Kollektorfelder mit mehreren 10.000 m² Kollektorfläche ist daher für die künftige Entwicklung der solaren Fernwärme essenziell.

Die zusätzliche Nutzung ausreichend großer und geeigneter Gebäudedächer stellt eine sinnvolle Ergänzung dar. Die Eignung der Gebäudedächer ist hierbei stets zu prüfen (z.B. ausreichende Dachstatik). Im Vergleich zu Strom erzeugenden Photovoltaikmodulen zeigen Solarthermiekollektoren eine wesentlich geringere Empfindlichkeit auf kleinere Verschattungen.

Es empfiehlt sich, entsprechend den lokalen Gegebenheiten die Flächennutzungsprioritäten von Solarthermie- und Photovoltaikanlagen in Bezug auf ortsnahe Frei- und Gebäudeflächen zu betrachten.

Der jährliche Solarertrag ist am größten, wenn die Solarkollektoren nach Süden ausgerichtet sind und sich die einzelnen Kollektorreihen nicht oder nur in den strahlungsarmen Wintermonaten verschatten. Eine kleinere Abweichung von der Südausrichtung bringt kaum Ertragseinbußen. Je nach Systemeinbindung und dem gewünschten Deckungsanteil ergibt sich die beste Ausrichtung und Neigung (Aufstellwinkel gegen die Horizontale) der einzelnen Kollektoren. Diese bestimmen durch den Sonnenverlauf die Verschattung der Kollektorreihen. Hieraus ergibt sich der zu empfehlende Abstand und damit der Flächenbedarf.

Die meisten auf Freiflächen realisierten Kollektorfelder weisen einen Flächenbedarf auf, der das 2-fache bis 2,3-fache der Bruttokollektorfläche beträgt.

Nach Vorgaben vieler regionaler Raumordnungsprogramme oder Landesentwicklungspläne sind in der Regel Flächen, die sich in räumlicher Nähe zu bestehenden Infrastrukturen wie z.B. Autobahnen, Bahnschienen oder Gewerbegebieten befinden, bevorzugt zu nutzen. Eine kurze Anbindelänge zum Wärmenetz ist in diesen Bereichen in den meisten Fällen allerdings nicht der Fall und individuell abzugleichen.

Konversionsflächen wie u.a. Kiesgruben oder alte Kohlelager sind meistens auch als Vorzugsflächen genannt und teils ohne langes Bebauungsplanverfahren umsetzbar.

Falls in den Flächennutzungsplänen (Sonderbaufläche/Sondergebiet „Solarenergie“) oder in B-Plänen (Sondergebiet „Solaranlagen“ oder „Solarthermie“) schon Flächen festgeschrieben sind, können diese genutzt werden. Daneben empfiehlt sich die Nutzung von Flächen, deren festgeschriebene Nutzung mit der Solarthermie vereinbar ist, wie

  • Gewerbegebiete: Zulässig gem. § 8 BauNVO
  • Industriegebiete: Zulässig gem. § 9 BauNVO

Aufgrund der hohen Bodenpreise in Gewerbe- oder Industriegebieten und fehlender aktiver Entwicklung von Flächen zur Energieerzeugung ist in der Regel ein B-Plan-Verfahren nötig.

Damit ein B-Plan-Verfahren möglichst ohne unerwartete Verzögerungen durchlaufen werden kann, empfiehlt es sich, als Projektträger frühzeitig mit den entsprechenden Behörden in Kontakt zu treten und bestenfalls mit der Kommune gemeinsam auf Basis einer strukturierten Flächenanalyse eine Solarstrategie zu entwickeln. Die besonderen Belange der Solarthermie, wie die siedlungsnahe Umsetzung, werden gemeinsam mit der Kommune erörtert und im Rahmen der Abwägungsprozesse eingeordnet. Kommunen sollten im Rahmen kommunaler Klimaschutzbemühungen Flächen zur Energienutzung aktiv im Rahmen der Flächenplanung ausweisen. Eine strukturierte Flächenanalyse gemeinsam mit dem Projektträger der Solarthermie bietet einen guten Auftakt, um die Flächenplanung “von der Fläche zum Projekt” zu denken und klimaneutrale Versorgung mit Strom und Wärme und kommunale Flächenplanung aufeinander aufzubauen.

Einschränkungen in der Flächennutzung ergeben sich aus den Planungsvorgaben auf Ebene des Landes, des Landkreises und der Kommune. Flächen, die anderen Nutzungen vorbehalten sind, sind dort festgeschrieben und begründet. Bestimmte Flächen werden darin generell ausgeschlossen wie z.B. Naturschutzgebiete, während andere unter einem Abwägungserfordernis eingestuft werden wie z.B. Landschaftsschutzgebiete, um dort Solaranlagen zu errichten.

Jede Solarthermieanlage benötigt eine Vor- und eine Rücklaufleitung, mit der sie in die Wärmeversorgung eingebunden wird. Diese Leitungen verursachen Installationskosten sowie Wärme- und Temperaturverluste.

Wird angenommen, dass der Wärmeverlust der Anschlussleitung maximal 2% eines durchschnittlichen Solarwärmeertrags betragen soll, ergibt sich ein Anhaltswert von maximal 1 km Anschlussleitungslänge je 10.000 m² Bruttokollektorfläche.

Die Mehrfachnutzung wird oft auch als Multicodierung bezeichnet. Hierbei wird eine Fläche nicht nur zur Erzeugung solarer Wärme genutzt, sondern es besteht parallel noch mindestens eine weitere Nutzungsart. Die Art der Mehrfachnutzung lässt sich wie folgt unterscheiden:

  • Soziale Multicodierung: Neben der energetischen Nutzung wird auch ein sozialer Mehrwert auf oder angrenzend zu der Fläche geschaffen. Die Ausgestaltung kann dabei je nach lokalen Anforderungen oder Wünschen sehr unterschiedlich ausfallen. In dicht bebauten Bereichen kann z.B. ein angrenzender Bürgerpark zur Naherholung angelegt werden, der neben der Fläche Freiraum bietet. In Solarparks in Randbereichen der Stadt können Natur- oder Energielehrpfade mit Aussichtsplattformen kombiniert werden, um den Park für Ausflüge oder Lehrfahrten attraktiv zu gestalten.
  • Ökologische Multicodierung: Bei der ökologischen Multicodierung liegt der Fokus darauf, die Fläche rund um und ggf. unter den Modulen möglichst wertvoll für Flora und Fauna zu gestalten. Was genau eine wertvolle Gestaltung ausmacht, ist an die Gegebenheiten und bestehenden Lebensräume vor Ort anzupassen, möglichst in gemeinsamer Abstimmung mit den lokalen Behörden zu entwickeln. Kleinteilige Habitate lassen sich u.a. durch Totholzhaufen oder sandige Böschungen gestalten. Durch die Anlage von Tümpeln oder Teichen können Feuchtbiotope geschaffen werden. Hier gilt es, die lokalen Anforderungen und Möglichkeiten früh in die Planung einzubinden und die Planung an den gewünschten ökologischen Zielzustand der Flächen auszurichten.
  • Landwirtschaftliche Multicodierung: Ein zusätzlicher landwirtschaftlicher Nutzen kann z.B. durch die Schafsbeweidung der Flächen zwischen den Modulen erreicht werden. Die natürliche Art der Mahd bringt viele Vorteile mit sich. Durch die im Vergleich zur maschinellen Bearbeitung der Flächen eher unregelmäßige Mahd bleibt das Blütenangebot durchgehend erhalten. Über das Fell, die Klauen und den Kot verteilen die Schafe die Diasporen der Pflanzen. Damit sich Schafe und Lämmer nicht an den Modultischen verletzen können, ist schon in der Planungsphase darauf zu achten, dass keine scharfen Kanten gelassen werden. Wird ein ausreichender Abstand zwischen den Modulreihen geplant (ca. 6m), können die Flächen zwischen den Reihen auch weiterhin mit großen Maschinen bewirtschaftet werden. Bei der Verwendung kleinerer Maschinen kann der Abstand entsprechend verringert werden.

Die Arten der Multicodierung sind in der Umsetzung keineswegs strikt voneinander getrennt oder schließen sich gegenseitig aus, sondern sollten immer in bestmöglicher Kombination miteinander gedacht und umgesetzt werden.

Sowohl Solarthermiefelder als auch oberflächennahe Geothermie-Sondenfelder für Wärmepumpen sollten bevorzugt ortsnah zum Wärmenetz liegen. Generell bietet eine solche Doppelnutzung der Freifläche eine interessante Synergie bei kombinierter Nutzung von Solarthermie und Wärmepumpen für die Wärmeerzeugung. Größere, vorwiegend zum Heizen genutzte Erdwärmesondenfelder sollten über die Sommermonate regeneriert werden, was z.B. durch eine Solarthermieanlage erfolgen kann.

Das Konzept wurde in Deutschland bisher noch nicht realisiert und erprobt. Die Anwendung der Sonden-Regeneration durch Solarthermie (nicht auf genau derselben Fläche) steht in Hechingen-Killberg IV in einem sehr großen System vor der Realisierung (im Bau seit 2023).

Für die Errichtung von großen Kollektorfeldern sind geeignete Unterkonstruktionen (i.d.R. Stahl oder Aluminium) und Montagesysteme zur Aufnahme von Kollektor-Großmodulen marktverfügbar.
Eine Fundamentierung im Boden dient im Wesentlichen zur Aufnahme von Wind- und Schneelasten auf dem Kollektorfeld und wird meist als Rammfundamentierung (eingerammte Stahlprofil-Stützen) realisiert. Lässt die Bodenbeschaffenheit keine Rammfundamentierung zu (weicher oder felsiger Boden, Deponieflächen), kann die Fundamentierung über vorgefertigte Betonfundamente erfolgen. Die Montage ist in beiden Fällen reversibel, d.h. die Bodenbeschaffenheit kann zu einem späteren Zeitpunkt wieder vollständig hergestellt werden.
Es findet keine bzw. im Fall von Betonfundamenten nur eine geringfügige Bodenversiegelung statt.

Im ersten Schritt erfolgt eine Bestandsaufnahme der planerischen Vorgaben auf Landes- und Regionalebene und ggf. bestehender Voruntersuchungen. Auf kommunaler Ebene ist der Flächennutzungsplan zu betrachten. Auf Basis der Vorgaben sind die entsprechenden Layer und Daten (häufig öffentlich verfügbar, ggf. zusätzliche Daten bei Kommune erfragen) möglichst in einem Geoinformationssystem darzustellen und mit den Netzeinschränkungen und -anforderungen zu verschneiden. Über die Vorgaben der Ausschluss-, Abwägungs- und Positivbereiche auf Basis der Bestandsaufnahme kann eine Priorisierung in unterschiedliche Bereiche erfolgen, um darzustellen wo die raumplanerischen Widerstände am geringsten sind und möglichst Positivbereiche (i.d.R. in der Nähe von bestehenden räumlich relevanten Infrastrukturen) durch die Anlagenplanung belegt werden.

In Ausschlussbereichen ist die Umsetzung nach den Vorgaben der Flächenplanung ausgeschlossen und kann nicht weiterverfolgt werden. In Bereichen, die einem Abwägungskriterium unterliegen, ist die Umsetzung nicht ausgeschlossen, allerdings liegen in diesem Bereich andere Belange vor wie z.B. Landschaftsschutzbereiche. Diese führen nicht zum Ausschluss, sollten aber aufgenommen werden, um abzubilden, dass in diesen Bereichen keine priorisierte Umsetzung erfolgen sollte. Über die Positivbereiche soll eben dieser Bereich der priorisierten Umsetzungen erfasst werden.

Die Ergebnisse sind im Dialog mit dem Stadtplanungsamt bezüglich der Stadtentwicklung zu diskutieren. Zusätzlich sollte der Austausch mit den lokalen Naturschutzverbänden gesucht werden, um das lokale Wissen bezüglich besonders schützenswerter Bereiche in die Untersuchung aufzunehmen. Technisch-wirtschaftliche Vorgaben zur Netzeinbindung und die möglichen Entfernungen zum nächsten Einspeisepunkt bilden die Grundlage zur Machbarkeit der Umsetzung.

Am Ende steht die Akquisefähigkeit der Fläche. Gibt es kein Interesse oder keine Möglichkeit seitens der Flächenbesitzenden, die Fläche zu verkaufen oder zu verpachten, muss auf Flächen mit geringerer Priorisierung zurückgegriffen werden.

Aktualisiert 12. März 2024