Die Projektpartner interessierte unter anderem, wieviel Platz für weitere Photovoltaik-Anlagen die Dachflächen im Versorgungsgebiet bieten.Per Beschluss hat sich das Stadtparlament ein ambitioniertes Ziel gesetzt: Bis 2035 soll Gießens Energieversorgung klimaneutral funktionieren. Bei der Energiewende will die Hochschulstadt also 15 Jahre früher Vollzug melden, als der Bund es terminiert hat.

Zum Gelingen des Vorhabens kann ein Verbundprojekt beitragen, das seit 2018 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird. Ein Team der Technischen Hochschule Mittelhessen arbeitet an der „Transformation kommunaler Energieversorgungs-Infrastrukturen unter dem Einfluss der deutschen Energiewende“. Die Leitung hat Prof. Dr. Thomas Stetz vom Fachbereich Elektro- und Informationstechnik (EI), der dabei auch mit Kollegen vom Fachbereich Maschinenbau und Energietechnik zusammenarbeitet. Externe Kooperationspartner sind die Stadtwerke Gießen und deren Tochterunternehmen, die Mittelhessen Netz GmbH. 

Das Interesse der Beteiligten richtet sich auf das Gießener Stadtgebiet und die angrenzenden Gemeinden. Sie wollen ermitteln, wie man die Energieinfrastruktur vor Ort gestalten muss, um die nationale Energiewende lokal umzusetzen. Übereinstimmung besteht beim Befund, dass dort Photovoltaik (PV)-Anlagen auf Dächern mit viel höherem Anteil als bisher zur Stromgewinnung genutzt werden können. Für diese geräusch- und emissionslose Technik spricht auch, dass sie - anders als die Windkraft - von der Bevölkerung weitestgehend akzeptiert wird.

Auf eine zentrale Frage hat die Forschungsgruppe inzwischen die Antwort erarbeitet: Wieviel zusätzliche PV-Leistung kann im Versorgungsgebiet installiert werden, ohne dass man das Netz ausbauen muss? Das ist ein wichtiger Aspekt, denn eine kostspielige Erweiterung der Netzinfrastruktur, die auch Verbraucher belasten würde, könnte notwendig werden, wenn für ein spezielles Problem keine Lösung gefunden wird. Produzieren PV-Anlagen ein Überangebot an Energie, muss das lokale Stromnetz die Überschussleistung abtransportieren. Kann es das nicht, entstehen Engpässe in den Leitungen – vergleichbar mit einer Fahrbahn, auf der bei hohem Verkehrsaufkommen ein Stau droht.

Zunächst mussten das bisher unerschlossene PV-Potenzial jeder einzelnen Dachfläche im Versorgungsgebiet anhand einer Vielzahl von Quellen untersucht und die Anschlusspunkte im Netz zugeordnet werden. Dazu wurde ein umfassendes Datenmodell des Areals mit großer räumlicher Genauigkeit erstellt. Computergestützte Simulationen ermöglichten dann, die Überschussleistung in kritischen Phasen – sonnige Tage, hoher Sonnenstand, geringer Stromverbrauch – zu bestimmen und mögliche lokale Engpässe im Netz zu erkennen. Die Mittelhessen Netz GmbH versorgt innerstädtische, vorstädtische und ländliche Bezirke. Auf dem Land ist das Stromnetz oft auf geringere Leistungsdichten ausgelegt. Deshalb suchten die Forscher nach einer optimalen Verteilung der zusätzlichen PV-Leistung, die einerseits eine möglichst große Steigerung im gesamten Gebiet bringen, andererseits aber keinen Netzausbau notwendig machen soll. 

Aufschluss brachte ein eigens entwickelter Algorithmus. Damit errechnete man, dass durch weitere PV-Anlagen auf den Dächern ein Energiepotenzial von 180 Megawatt Peak (MWp) zu erschließen wäre. Dieser Ertrag entspricht einer Verdreifachung der aktuell ins hiesige Netz einfließenden Menge an PV-Strom. Er würde ausreichen, rund 40.000 Vier-Personen-Haushalte ein Jahr lang mit Energie zu versorgen.

Diese Projektergebnisse können dazu beitragen, die Energiewende regional zu möglichst geringen Kosten zu realisieren. Eine Voraussetzung – darauf weist das THM-Team hin – muss allerding erfüllt sein, damit das zusätzlich erzeugte Stromvolumen ohne Netzausbau in das bestehende mittelhessische Versorgungssystem integriert werden kann. Die künftigen PV-Anlagen müssen an den Stellen installiert werden, die das algorithmische Verfahren vorschlägt. Bei der Wahl der Standorte durch Privatleute aber können die Energieversorger anders als bei Dachflächen öffentlicher Gebäude kaum steuernd eingreifen.