Stadt macht Strom - Photovoltaik im urbanen Freiraum

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Photovoltaik Landschaftsarchitektur
Broadwater Parklands. Foto: Tom Anthony, Alamy Stock Photo

Im städtischen Freiraum tauchen vermehrt Ausstattungs- und Möblierungselemente auf, die mit Photovoltaikpaneelen versehen sind. Es werden Möglichkeiten genutzt, vor Ort produzierte Energie ohne Netzanschluss für diverse Serviceangebote einzusetzen. Die meisten dieser Objekte werden ohne übergeordnetes Gestaltungskonzept aufgestellt. Dies kann zu einer Überfrachtung des städtischen Freiraumes führen und dessen Qualität negativ beeinflussen. Zudem liefern die PV-Ausstattungselemente bloß einen minimalen Beitrag zum steigenden Bedarf an erneuerbarer Energie.

Der Ausbau erneuerbarer Energien ist ein deklariertes Ziel der Politik. Die Europäische Kommission hat in der Strategie für intelligentes, nachhaltiges und integratives Wachstum (2010) die Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien am Gesamtenergieverbrauch bis 2020 auf 20 Prozent festgelegt. Bis dahin sollen alle neu errichteten Gebäude in der Europäischen Union als Nullenergie-Gebäude errichtet werden.¹ Alternative Energiequellen von Photovoltaik (PV) und Solarthermie über Wasserkraft, Windenergie, Bioenergie bis zur Geothermie sollen vermehrt genutzt werden. Der massive Ausbau erneuerbarer Energien bedeutet einen erhöhten Landschaftsverbrauch, der im ländlichen Raum bereits deutlich sichtbar wird. Im Sinne eines schonenden Umgangs mit Landschaft und der effizienten Energielieferung ist es naheliegend, Energie dort zu produzieren wo sie großteils gebraucht wird: in der Stadt. Die Energieversorgungssicherheit wird so nicht nur ein raumplanerisches Thema sein, sondern auch ein Thema der Stadtgestaltung. Forschungen belegen, dass sich die Nutzung der Sonnenenergie im Vergleich zu den anderen Energieträgern am besten in den Stadtraum integrieren lässt.² Während sich Solarthermieanlagen ausschließlich zur Wärmebereitstellung eignen, ist der produzierte Strom von Photovoltaik vielfältig nutzbar. Die Diskussion zur Integration von Photovoltaik in der Architektur wird seit mehreren Jahren geführt und es gibt bereits überzeugende Beispiele gebäudeintegrierter Photovoltaik. Zur Erreichung der ambitionierten Energieziele reicht Photovoltaik auf Dächern und an Fassaden alleine nicht aus, zunehmend werden PV-Anlagen auch im Freiraum errichtet werden.³ Die gestalterische Integration von Photovoltaik in den urbanen Freiraum durch landschaftsarchitektonische Projekte ist noch weitgehend unbearbeitet. Die Landschaftsarchitektur sollte sich vorausschauend aktiv diesem Thema widmen und Gestaltungskonzepte vorlegen, die aufzeigen wie der Stadtraum und die Bevölkerung von der Integration von Photovoltaik in den urbanen Freiraum profitieren können.

Raum: eine begrenzte Ressource

In den wachsenden und dicht bebauten Städten steigen die Anforderungen an den Freiraum. Die Produktion von Strom ist eine neue Aufgabe, die der städtische Freiraum übernehmen soll. Dabei geht es nicht um das bloße Aufstellen einzelner PV-Ausstattungselemente, sondern um die Entwicklung ganzheitlicher landschaftsarchitektonischer Konzepte, in denen Photovoltaik als Gestaltungselement eingesetzt wird und somit integraler Bestandteil des Entwurfs ist.

Raum ist eine begrenzte Ressource. Die Nutzung städtischer Freiräume zur ausschließlichen Produktion von Strom in unzugänglichen Anlagen erscheint vor dem Hintergrund der evidenten Flächen- und Nutzungskonkurrenz nicht befriedigend. Gezielt implementierte und gestaltete Synergien können die vorherrschenden Wertigkeiten von Effizienz und Gestaltung verändern, beide müssen einander nicht länger ausschließen, sondern stehen idealerweise in einem ausgewogenen Dialog zueinander.

Die Klassifizierung von Photovoltaikanlagen im Freiraum nach ihrer räumlichen Anordnung und Dimension zeigt die Bandbreite unterschiedlicher Einsatzmöglichkeiten. Es gibt große, flächige Anlagen, bei denen die effiziente Stromerzeugung im Vordergrund steht, lineare, meist an Infrastruktur wie Straßen oder Bahnstrecken angelagerte Anlagen, sowie Überdachungen, punktuelle Freiraumausstattungen und mobile Elemente.

Urbane Freiraumtypen unterscheiden sich unter anderem durch ihre spezifischen Funktionen und Größen. Jeder Freiraumtyp bietet unterschiedliche Möglichkeiten, Photovoltaik zu integrieren. Brachflächen oder Parkplätze sind in der Regel großflächiger als beispielsweise Spielplätze oder Freiräume an Wohnbauten und eignen sich so für den Einsatz jeweils anderer Photovoltaikanlagen.

An kleineren Freiräumen wird besonders deutlich, dass beim Einsatz von Photovoltaik die maximierte Stromerzeugung nicht alleine im Vordergrund stehen kann. Um den vielfältigen Ansprüchen der Nutzerinnen und Nutzer gerecht zu werden, muss die PV-Anlage als Gestaltungselement im landschaftsarchitektonischen Projekt verstanden werden. Nur so kann im Rahmen der rechtlichen und technischen Bedingungen ein Mehrwert für die Stadt entstehen.

Gestaltung im Kontext

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Kontexte der Gestaltung einer PV-Anlage. Darstellung: Georg Bautz
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Solar Spine: PV-Pergolen mit Versickerungsbecken. Foto: AECOM Australia
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Explanada del Fòrum. Foto: user 1997_Public domain, Wikimedia Commons
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Veranstaltungsplatz im "Solar Strand". Foto: Douglas Levere, University at Buffalo

Die Herausforderungen der Integration einer Photovoltaikanlage in den städtischen Freiraum liegen in einem Feld von vier Gestaltungskontexten. Die ausgewogene Behandlung dieser Kontexte birgt die Möglichkeit, ein landschaftsarchitektonisches Gesamtprojekt zu entwickeln und nicht bloß ein singuläres Objekt im Stadtraum zu platzieren. Durch die bewusste Bearbeitung der Schnittstellen zwischen der Gestaltung der PV-Anlage und ihrer gestalterischen Integration in den Kontext können Synergien und damit Mehrwerte geschaffen werden.

Internationale Projekte zeigen verschiedene Möglichkeiten der gestalterischen und kontextuellen Einbindung von PV-Anlagen in den urbanen Freiraum. Die Gestaltung im städtebaulichen, stadtgestalterischen, naturräumlichen und sozialen Kontext wird an den Beispielen in unterschiedlicher Ausprägung sichtbar.4

Strukturelement

Ein Beispiel für die gelungene Integration von Stromerzeugung in ein Projekt grüner Infrastruktur und den naturräumlichen Kontext ist die Photovoltaikanlage in Broadwater Parklands in Southport, Gold Coast, Australien. Die historische Parkanlage an der Küste wird seit 2009 von einem interdisziplinären Team unter der Leitung von Aecom in mehreren Ausbaustufen auf einer Länge von 2,6 Kilometern nachhaltig revitalisiert, erweitert und neugestaltet. Eine starke Achse, genannt Solar Spine, verbindet die städtische Waterfront durch die Grünanlage mit dem Meer und bildet das Rückgrat der Gestaltung. Leitendes Thema ist eine Reihe von weißen freistehenden Pergolen mit 266 Photovoltaikpaneelen, die sich bis hinaus auf den Pier erstrecken. Bänke laden zum Verweilen an bepflanzten Versickerungsbecken ein, wo unter den Traufen der PV-Pergolen Regenwasser gesammelt, gefiltert und anschließend in die Meeresbucht geleitet wird. Mit dem aus der PV-Anlage gewonnenen Strom wird unter anderem der Park beleuchtet. Die Photovoltaik ist somit in mehreren Funktionsebenen als räumliches Strukturelement sowie als Orientierungs- und Anlagerungsinfrastruktur integraler Teil der Parkgestaltung.

Landmark

In Barcelona ist eine große Photovoltaikanlage ein Leuchtturmprojekt im wahrsten Sinne. Sie ist gestaltbestimmendes Element der Explanada del Fòrum, einem zentralen Projekt der städtebaulichen Entwicklung anlässlich des Forums der Kulturen 2004. Das Areal und die PV-Pergola an der Mündung des El Besòs und am Ende der wichtigen Achse Avinguda Diagonal, wurden von den Architekten Elías Torres und José Antonio Martínez Lapeña entworfen. Die Stahlkonstruktion auf Betonpfeilern trägt Solarmodule mit einer Fläche von 3780 Quadratmetern. Die Photovoltaikanlage definiert und überhöht den Endpunkt der städtebaulichen Achse und etabliert einen Aussichtspunkt auf die Küste, den Yachthafen und den Parque Litoral Suroeste. In Maßstab und Dimension dem Ort entsprechend, ist sie eine eindrucksvolle, begeh- und erlebbare Landmark und gestalterischer Höhepunkt des vielfältigen, mosaikartigen Areals des Forums der Kulturen.

Ortsbildung

Der vom Landschaftsarchitekten Walter Hood gestaltete "Solar Strand" (Solarstrang) am Campus der University at Buffalo in den USA symbolisiert einen DNA-Strang. Er ist Energielandschaft, Ökosystem, Kunstwerk und wichtiger Beitrag zur Klimaneutralität der Universität in einem. In einer Graslandschaft stehen 3200 schwarze Solarpaneele, die ein ortsbildendes und identitätsstiftendes räumliches Gerüst für Pfade und beschattete Versammlungsplätze bilden. Die Gestaltung ermöglicht neue Nutzungen am Campus - so werden in dem frei zugängigen Areal nicht nur Studierenden und Interessierten die räumlichen Konsequenzen von erneuerbarer Energieproduktion vermittelt oder Versammlungen und Feste abgehalten, es ist auch ein von der National Wildlife Federation zertifizierter Lebensraum für Fauna und Flora.

Smarte Zukunft?

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Typen von PV-Anlagen im Freiraum. Darstellung: Georg Bautz
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Handlungsfelder zur synergieorientierten Entwicklung von PV im urbanen Freiraum. Darstellung: Georg Bautz

In der von Panasonic finanzierten Fujisawa Sustainable Smart Town in der japanischen Kanagawa Präfektur, sind niedrige Reihen von Photovoltaikpaneelen wegbegleitend den zweistöckigen Reihenhäusern vorgelagert. Diese Gestaltung der Grenze zwischen öffentlichem und privatem Freiraum zur Energieproduktion soll das smarte Bild und Image des Stadtteils prägen und dockt an vorhandene Strukturen an. Die Photovoltaik wird, im Gegensatz zur Positionierung auf Dachflächen, wahrnehmbarer Teil des Alltagsraumes und sichtbare Infrastruktur der Energiewende. Mit dieser Einbindung in den stadtgestalterischen Kontext gehen sensible Fragestellungen zu Materialqualitäten, Versiegelung, Pflege, Vandalismus und der Technisierung des Freiraumes einher, die nach innovativen Antworten verlangen.

Aus den Fallbeispielen können grundsätzliche Gestaltungsthemen abgelesen werden. Durch stringente, logische Konzepte kann Photovoltaik erfolgreich in den spezifischen städtischen Kontext integriert werden. Die PV-Anlage muss zuallererst im sozialen Kontext bestehen. Das bedeutet, dass bestehende Nutzungen des Freiraums kreativ gestützt oder gänzlich neue Nutzungen ermöglicht werden sollen. Mögliche Nutzungs- oder Flächenkonflikte sind bereits bei der Auswahl des Standorts der Anlage zu prüfen. Lage und Größe der Anlage muss dem städtebaulichen Umfeld genügen. Die Anordnung der Paneele, deren Dichte, Höhe und Transparenz sowie die Form der Unterkonstruktion definieren die Möglichkeiten einer Mehrfachnutzung. Materialwahl und Qualitäten sind der umgebenden Stadtgestaltung anzupassen. Eine möglichst vielseitige Multifunktionalität hat großen Einfluss auf die Akzeptanz der Anlage. Auch in das umgebende naturräumliche System und die mikroklimatischen Bedingungen muss die Anlage eingepasst werden - Regenwassermanagement und die Vermeidung zusätzlicher Versiegelung sind unter anderem zu bedenken.

Diese Verknüpfungen mit dem städtischen Umfeld sind vor allem Gestaltungsaufgaben. Synergien sollen nicht nur in der Objektgestaltung, sondern im Gesamtprojekt gesucht und ermöglicht werden. Es gilt, die Photovoltaikanlage bestmöglich in das bestehende komplexe Gefüge von Stadtlandschaften und deren Nutzungen einzubinden und einen Mehrwert auch auf einer übergeordneten, Wahrnehmungs- und Vermittlungsebene zu erzielen.

Synergien gestalten

Die Beispiele zeigen, wie über die Gestaltung Synergien geschaffen werden können. Die vordergründige Unvereinbarkeit von Stromproduktion und einer anderweitigen Nutzung desselben Stadtraumes kann durch die Ermöglichung von Synergien auf mehreren gestalterischen Ebenen aufgelöst werden. Eine Etablierung von PV im Stadtraum ist nur dann anzustreben, wenn möglichst viele Synergien erzielt werden können.

In vier Handlungsfeldern können mögliche Synergien identifiziert werden. Diese stehen in einem dynamisch-systemischen Zusammenhang, wodurch jede Handlung oder Zielsetzung mit Auswirkungen in anderen Feldern verglichen und abgewogen werden muss. Die Handlungsfelder betreffen Synergien hinsichtlich der Nutzbarkeit, der Akzeptanz, des Stadtbildes sowie der Kosten und Effizienz.

Naheliegend sind Synergien, die neue Nutzungsmöglichkeiten im Freiraum schaffen oder die Raumqualität des Freiraums steigern. Ein einfaches Beispiel ist, den Raum unter der Photovoltaikanlage begehbar zu machen und diese etwa als Pergola oder Flugdach zu gestalten. Eine Photovoltaikanlage auf einem großen Parkplatz bei einem Einkaufszentrum würde somit Witterungsschutz und Stromerzeugung vereinen, aber auch, sofern gestalterisch gut ausgearbeitet, eine Orientierungs-, Zonierungs- und Leitfunktion in einem weitläufigen Freiraum übernehmen können. Solche Mehrfachnutzungen von Parkplätzen erfahren laut Befragungen große Akzeptanz.5

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Fujisawa Sustainable Smart Town. Foto: Patrick Russel 2015

Eine PV-Anlage könnte aber auch grundsätzlich die Akzeptanz von Infrastruktur erneuerbarer Energieproduktion in der Stadt fördern. Als ein Leuchtturmprojekt eingesetzt, bietet es als neues Quartiersthema einen Anknüpfungspunkt für Planung und Visionen. Die Anlage kann als ein erkennbares, positiv konnotiertes Zeichen der Energiewende eingesetzt werden.

Jede Photovoltaikanlage wirkt auf das physisch bauliche Bild der Stadt und kann somit dazu beitragen, einen Stadtteil aufzuwerten, den Bewohnerinnen und Bewohnern die Möglichkeit zu geben, sich neu und anders mit einem Quartier zu identifizieren. Die PV-Anlage kann somit als Imageträger zur Ortsbildung und Attraktivierung von Stadtteilen einen Beitrag leisten. Aufwertung ist in diesem Sinne sehr breit zu verstehen und umfasst bauliche, soziale, aber auch ökologische Aspekte.

In enger Wechselwirkung mit den bisher besprochenen Handlungsfeldern stehen Synergien hinsichtlich Kosten, Effizienz, Pflege, Unterhalt und Errichtung der Photovoltaikanwendungen. Durch die Materialwahl im Freiraum kann beispielsweise eine Optimierung des Stromertrags erzielt werden oder es kann durch eine entsprechende Gestaltung der Anlage die gezielte Leitung des Niederschlags einen Beitrag zur Verminderung von Kosten zur Bewässerung leisten.

Vorausschauend aktiv

Der urbane Freiraum hat eine Vielzahl von Funktionen zu erfüllen. Die Implementierung von Photovoltaik fügt eine weitere funktionale Ebene hinzu, welche die Struktur, Gestalt und Nutzung des Raums beeinflusst. Diese zusätzliche Funktion hat das Potential durch die gestalterische Bearbeitung der Schnittstellen zur Umgebung einen Mehrwert hervorzubringen, sofern die Integration von Photovoltaik in den urbanen Freiraum als landschaftsarchitektonisches Projekt verstanden wird und über eine reine Objektgestaltung der PV-Anlage hinausgeht. Der forcierte Ausbau von erneuerbaren Energien im Stadtraum soll von Landschaftsarchitektinnen und Landschaftsarchitekten als Chance verstanden werden, ein neues Feld der Expertise kritisch zu erschließen und in multidisziplinären Teams die Freiräume der Zukunft zu gestalten.

Literatur

ANMERKUNGEN

¹ Alessandra Scognamiglio, ,Forms of Energy: Interview with Robert Shibley', in: Alessandra Scognamiglio (ed.), Photovoltaics | Forms | Landscapes: Beauty and Power of Designed Photovoltaics (Florence: ETA Florence Renewable Energies, 2014), 31.

² Simone Giostra, Land Integrated Photovoltaics: The New Energy Landscape of Europe, JRC Scientific and Policy Reports (Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2013), 12, doi.org/10.2790/90405, Zugriff: 21. Februar 2018.

³ Alessandra Scognamiglio and François Garde, ,Photovoltaics' Architectural and Landscape Design Options for Net Zero Energy Buildings, towards Net Zero Energy Communities: Spatial Features and Outdoor Thermal Comfort Related Considerations', Progress in Photovoltaics: Research and Applications 24/4 (2016), 477-495: 493, doi.org/10.1002/pip.2563, Zugriff: 21. Februar 2018.

4 Die Sammlung von mehr als 100 internationalen Fallbeispielen wurde im Rahmen des Forschungsprojektes "SynENergy" am Institut für Landschaftsarchitektur angelegt und nach relevanten Gestaltungsthemen untersucht. synenergy.boku.ac.at

5 Thomas Schauppenlehner et al. (2018): Synergieeffekte und soziale Akzeptanz von Photovoltaik im urbanen Raum. In: Thomas Schauppenlehner et al.: Syn[En]ergy-Synergiepotenziale zwischen Stadtplanungszielen und Photovoltaiknutzung auf urbanen Freiflächen, S. 32-38. Ein Forschungsbericht i.R. des Programms Stadt der Zukunft im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie. Wien.

Dipl.-Ing. Georg Bautz
Autor

Wissenschaftlicher Projektmitarbeiter

Dr. Roland Tusch
Autor

Senior Scientist am Institut für Landschaftsarchitektur der Universität für Bodenkultur Wien

Universität für Bodenkultur Wien

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