Blendgefahr durch Sonnenkollektoren, ein Sicherheitsrisiko für die Flughäfen, die auf saubere Energie umsteigen

Anfang März gab die Airports Authority of India (AAI) bekannt, dass sie bis 2024 an allen Flughäfen 100 Prozent erneuerbare Energien nutzen wird. AAI ist Indiens öffentlicher Flughafenentwickler und -betreiber. Von den 137 von ihm verwalteten Flughäfen hat der Träger bereits 38 eigene Solaranlagen mit einer Leistung von 40 Megawatt Peak in Betrieb genommen. Im Jahr 2015 wurde der Cochin International Airport in Kerala der erste Flughafen der Welt, der vollständig auf Solarenergie umstieg, indem er auf 45 Hektar Land eine 12-Megawatt-Peak-Anlage installierte.

Da Solarpaneele immer billiger wurden, sahen Flughäfen eine Chance darin, die Energie der Sonne zu nutzen und gleichzeitig ihre Stromrechnung sowie den CO2-Ausstoß zu senken. Der jährliche Stromverbrauch der Flughäfen in Indien betrug im Zeitraum 2019–2020 884 Millionen Einheiten. Die weltweite kommerzielle Luftfahrtindustrie emittiert drei Prozent der gesamten globalen Treibhausgase.

„Flughäfen bieten aufgrund der Verfügbarkeit großer, flacher und schattenfreier Dachflächen auf Terminals, Hangars und Parkplätzen sowie Pufferflächen rund um die Start- und Landebahnen ein erhebliches Potenzial für die Solarstromerzeugung. Typischerweise sind diese Flächen aufgrund regulatorischer Anforderungen für andere Aktivitäten ungeeignet“, heißt es in einer im Juni von der AAI veröffentlichten Broschüre „Sustainable Green Airports Mission“ (SUGAM).

Allerdings kann die Blendung durch Sonnenkollektoren ein Unfallrisiko darstellen. Das Glas auf den Paneelen neigt dazu, Licht zu reflektieren, was, selbst wenn es einige Minuten anhält, die Sicht eines Piloten während der Landung und des Starts sowie die Sicht des Personals am Flugsicherungsturm (ATC) beeinträchtigen kann. Das Phänomen ähnelt der vorübergehenden Beeinträchtigung der Sicht einer Person, die bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang in Richtung der Sonne fährt.

Die Blendungsgefahr wurde erstmals 2012 in den Vereinigten Staaten hervorgehoben, als Fluglotsen am Regionalflughafen Manchester Boston sich darüber beschwerten, dass sie aufgrund der Reflexion von Sonnenkollektoren nicht richtig sehen könnten. Berichten zufolge mussten Solarmodule im Wert von 3,5 Millionen US-Dollar vorübergehend mit einer Plane abgedeckt werden, um Blendung zu vermeiden. Im Jahr 2013 beschwerten sich Piloten, die in der Nähe des Ivanpah Solar Electric Generating System in Kalifornien flogen, über Blendung durch die Anlage. „Piloten beschrieben die Blendung als ‚blendend‘, und mindestens eine Person berichtete, dass die Blendung ‚wie ein Blick in die Sonne‘ war“, heißt es in einer Studie der Federal Aviation Administration (FAA) der Vereinigten Staaten aus dem Jahr 2015.

„Das Problem der Blendung kann in Indien angesichts des hohen Solarenergiepotenzials und der weit verbreiteten Einführung von Solaranlagen von entscheidender Bedeutung sein“, sagte Sudhakar Kumarasamy, Dozent an der Fakultät für Maschinenbau und Automobiltechnik der Universiti Malaysia Pahang. „Geografische Bedingungen wie klarer Himmel und intensives Sonnenlicht können die Bedenken im Zusammenhang mit Blendung verschärfen, sodass effektive Blendungsanalysen und Strategien zur Blendungsminderung wichtig sind.“

Auch wenn Sonnenkollektoren so konzipiert sind, dass sie Licht absorbieren, kann die obere Glasoberfläche Licht reflektieren, was zu Unbehagen, Netzhautverbrennungen, Schleierbildung und Nachbildeffekten führen kann. Ein Nachbild ist das Bild, das auch nach längerem Kontakt mit dem Originalbild weiterhin im Auge erscheint und das Sehvermögen beeinträchtigt. Der Verschleierungseffekt kann mit dem Verdecken von Objekten auf dem Boden durch Blendung gleichgesetzt werden.

Das Problem für das ATC tritt vor allem morgens und abends auf, wenn die Sonne tiefer steht. Wenn Sonnenlicht aus einem geringeren Winkel auf das Panel trifft, hat auch die Reflexion einen geringeren Winkel. Wenn sich die Sonne jedoch höher am Himmel bewegt, wäre auch der Reflexionswinkel groß, sodass die Reflexion das ATC kreuzt und es dadurch nicht beeinträchtigt. Bei Flugzeugen kann es allerdings je nach Standort zu jeder Tageszeit zu Blendungen kommen, die jedoch in den kritischen Flugphasen – Landung und Start, wenn sich das Flugzeug in geringer Höhe befindet – von entscheidender Bedeutung sind.

Studien zeigen, dass eine Sonneneinstrahlung (Sonneneinstrahlung auf eine bestimmte Oberfläche über einen bestimmten Zeitraum) von etwa sieben Watt pro Quadratmeter mit bloßem Auge ein Nachbild verursachen kann, das vier bis zwölf Sekunden anhält. Die Auswirkungen der Sonnenblendung auf das Auge werden in die Kategorien Grün (geringes Potenzial für ein Nachbild), Gelb (vorübergehendes Potenzial für ein Nachbild) und Rot (Potenzial für ein Netzhautverbrennen) eingeteilt. Da PV-Module reflektiertes Licht nicht bündeln, ist die Möglichkeit einer Netzhautverbrennung gering. „Eine grüne Blendung ist für Piloten harmlos, da sie ein vorübergehendes Glitzern verursacht“, sagte Gurpreet Singh Walia, Gründungsdirektor von Green Ops, Ahmedabad, einem Solarberatungsunternehmen, das Blendungsanalysen für Solarprojekte an Flughäfen durchführt. „Aber ein gelber Blendeffekt kann ihre Konzentration stören. Allerdings sind sowohl grüne als auch gelbe Blendungen am ATC-Tower nicht sicher.“

Ein AAI-Beamter, der 2016 am Flughafen Ahmedabad stationiert war, als der Flughafen auf Solarenergie umstieg, sagte unter der Bedingung der Anonymität, dass das ATC eine absolut klare Sichtlinie benötige. „Wenn sie sich über Blendung beschweren, erden wir das Modul sofort (wobei wir die Solarmodule entfernen, die die Blendung verursachen).“

In Indien und dem Rest der nördlichen Hemisphäre sind die Module normalerweise nach Süden ausgerichtet, um dem Lauf der Sonne zu folgen und maximale Elektrizität zu erzeugen. „Im Allgemeinen ist es bei nach Süden ausgerichteten Modulen wahrscheinlicher, dass das Sonnenlicht in einer Weise reflektiert wird, die mit dem Weg der Piloten übereinstimmt, was das Risiko von Blendungsproblemen erhöht, aber der spezifische Zusammenhang zwischen beiden hängt auch von anderen Faktoren ab.“ Faktoren“, erklärte Kumarasamy. Weitere Faktoren, die die Blendung beeinflussen, sind Sonnenstand, Neigungswinkel, Oberflächenbeschaffenheit, Farbe und Standort der PV-Module.

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Länder wie die USA, Deutschland, Großbritannien, die Schweiz, Frankreich und Österreich haben ihre eigenen Richtlinien zur Blendungsanalyse. Allerdings wurde die vorläufige Richtlinie der US-Luftfahrtbehörde FAA zur Blendung aus dem Jahr 2013 weitgehend befolgt und nun durch eine endgültige Richtlinie aus dem Jahr 2021 ersetzt. Die Richtlinie aus dem Jahr 2013 schrieb die Verwendung des Solar Glare Hazard Analysis Tool (SGHAT) vor, einer webbasierten Simulationssoftware zur Bewertung Glitzern und Blendung für alle Stunden des Tages und an allen Tagen des Jahres und liefern sogar eine Schätzung der Energie, die von einer Solaranlage an einem bestimmten Standort erzeugt werden kann.

Das Tool wurde von Sandia National Laboratories entwickelt und ist in Form von Forge Solar im Handel erhältlich. „Forge Solar wird in Indien häufig zur Blendungsanalyse eingesetzt“, informierte Walia. Die Software simuliert das Vorhandensein grüner, gelber und roter Blendung, wenn Details wie ATC-Turm- und Landebahnkoordinaten, Solarinstallationskoordinaten wie Höhe, Neigungs- und Azimutwinkel und Gebäudehöhe bei Dachprojekten eingegeben werden. Allerdings sind viele kommerzielle Simulationstools für die Blendungsanalyse sind jetzt auf dem Markt erhältlich.

„Die Effizienz von SGHAT in Echtzeitsituationen kann durch Faktoren wie die Genauigkeit der Eingabedaten, die Komplexität der Flughafenumgebung und die verfügbaren Rechenressourcen beeinflusst werden“, sagte Kumarasamy, der in einer seiner Forschungsarbeiten Techniken zur Blendungsbewertung verglich. „Die Simulation erfasst möglicherweise nicht alle dynamischen Bedingungen genau und erfordert möglicherweise Vereinfachungen, die ihre Anwendbarkeit in Echtzeit beeinträchtigen könnten. Zu den Einschränkungen von SGHAT gehören die Annahme eines klaren Himmels, eine vereinfachte Darstellung blendempfindlicher Bereiche und die Unfähigkeit, bestimmte komplexe Reflexionen genau zu modellieren.“

Indien verfügt über keine eigene Richtlinie zur Blendungsbewertung, aber die Generaldirektion Zivilluftfahrt (DGCA) verlangt von Flughafenbetreibern, dass sie eine Blendungsanalyse durchführen, bevor sie Solarprojekte auf Flughäfen installieren. „Blendungsprobleme innerhalb des Betriebsbereichs/in unmittelbarer Nähe der Flughäfen werden von der DGCA für einen sicheren Flugzeugbetrieb geregelt“, sagte JB Singh, General Manager, Corporate Communications, AAI, in einer E-Mail-Antwort gegenüber Mongabay-India. „Dementsprechend wird vor der Aufnahme der Solarprojekte auf dem Flughafengelände die DGCA-Genehmigung eingeholt.“

Der luftseitige oder operative Bereich ist der Teil des Flughafens jenseits der Gates – Start- und Landebahnen, Rollwege und ATC –, wo die Sicht von entscheidender Bedeutung ist. Der internationale Flughafen Cochin, der über die größte Flughafen-Solaranlage in Indien verfügt, verfügt in seinem Betriebsbereich über keine Solarmodule. „Schultern (Bereiche rund um die Landebahnen) müssen frei von Hindernissen sein, da das Flugzeug die Landebahn verlassen kann, weshalb sogar Abflüsse entlang der Landebahnen abgedeckt sind“, sagte ein Pilot, der häufig zum Flughafen Cochin fliegt Bedingungen der Anonymität. „Idealerweise sollten dort keine Solarpaneele platziert werden.“

Ein anderer in Leh stationierter AAI-Beamter, der nicht namentlich genannt werden wollte, sagte, dass sie sicherheitshalber die Installation von Solarpaneelen lieber auf Dächern oder Parkplätzen als auf Betriebsflächen vorziehen würden. „Aber auf Flughäfen, wo es an Land mangelt, wird die Betriebsfläche für Solarenergie genutzt.“ Der Flughafen Delhi war der erste, der Solaranlagen in seinem Betriebsgebiet installierte, und hatte bisher keine Probleme, heißt es in einer E-Mail-Antwort von Delhi Airport Infrastructure Limited, dem Unternehmen, das den Flughafen Delhi verwaltet. Auch der Flughafen Kalkutta verfügt über eine bodenmontierte Solaranlage mit einer Spitzenleistung von 15 Megawatt auf einer Fläche von 67,5 Acres.

Ratheesh R. Nair, ein Experte für solare Machbarkeit, sagte, dass der Auftrag der DGCA darin besteht, die Blendung über ATC-Türmen und Piloten zu beurteilen, da dies die Orte sind, an denen die Sicht mit dem bloßen Auge erforderlich ist. „Mit der Einführung digitaler ATCs und ‚Instrumental‘-Landesysteme wird das bloße Auge von beiden Orten aus überflüssig werden. Es wird keine ATC-Türme geben und die Überwachung kann von überall aus erfolgen. Blendung wird dann kein Problem mehr sein.“ sagte Nair.

Zu den gängigen Maßnahmen zur Blendungsminderung gehören neben einer umfassenden Blendungsanalyse die Optimierung der Panelausrichtung und -neigung (um Blendungswinkel in Richtung wichtiger Sichtlinien zu minimieren), eine Antireflexbeschichtung (ARC) auf Glas oder strukturiertem Glas sowie physische Barrieren zwischen Solarmodulen und Betriebsbereichen um die Sichtlinie zu blockieren.

Eine Studie der Seoul National University of Science and Technology, Südkorea, ergab, dass Sonnenkollektoren die Sonnenstrahlen außerhalb der Flugroute reflektieren würden, wenn sie in die entgegengesetzte Richtung zu den Landebahnen und potenziellen Flugrouten ausgerichtet wären. „Ein Flughafen ist ein nahezu offener Raum ohne Verschattung. Der Verlust der jährlichen Energieerzeugung (auch wenn die Paneele nicht nach Süden ausgerichtet sind) für Bedingungen ohne Sonnenblendung beträgt weniger als 6 %“, heißt es in der Studie.

Laut Swapnil Walunj, Leiter Marketing und Strategie bei Borosil Renewables Ltd., einem Glashersteller, verfügen fast 98 Prozent der Solarmodule auf dem Markt über eine Antireflexbeschichtung, die jedoch keine Blendschutzeigenschaften bietet. Im Jahr 2019 brachte Borosil „Selene“ auf den Markt, ein blendfreies Solarglas, das für PV-Anlagen in der Nähe von Flughäfen geeignet ist. „Im Vergleich zu normalem Solarglas (das im Allgemeinen mit einer Antireflexbeschichtung versehen ist) verfügt das Blendschutzglas über eine speziell entwickelte Textur, die das reflektierte Licht streut. Das resultierende Bild oder die Reflexion ist nicht scharf, sondern inkohärent, anders als die Blendung einer glatten Oberfläche. Das Hinzufügen einer Textur zu einem Solarpanel streut das Sonnenlicht und ist eine kostengünstige Methode, um die Blendung durch die Panels zu verhindern“, erklärte Herr Walunj. Das Produkt konnte sich auf dem indischen Markt jedoch nicht stark durchsetzen.

„Mit Ausnahme einer 8-MW-Anlage am Hubbali-Flughafen in Karnataka wurde nirgendwo in Indien Blendschutzglas verwendet. Wir wussten, dass „Selene“ einen Nischenmarkt haben würde, haben dieses Produkt aber unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit entwickelt. Wir exportieren es jetzt“, sagte er.

„Die Verwendung von entspiegeltem Glas nicht vorzuschreiben, kann ein Sicherheitsrisiko darstellen. „Frankreich hat hinsichtlich der Blendung einen klar definierten Standard für den Einsatz von Solarmodulen in der Nähe von Flughäfen“, fügte er hinzu.

Auch wenn es in der Verantwortung des Flughafenbetreibers liegt, eine Blendungsanalyse durchzuführen, bestätigten Quellen bei AAI, die nicht namentlich genannt werden wollten, dass der Auftrag an den Auftragnehmer der Solar Engineering, Procurement and Construction Agency (EPC) übergeben wird, der für die Installation von Solaranlagen zuständig ist Der Flughafen. „Es liegt im Aufgabenbereich des EPC, die Blendungsanalyse durchzuführen und sie dann von der Betriebsabteilung der AAI genehmigen zu lassen“, sagte ein AAI-Beamter, der am Flughafen Chennai stationiert war, als das Unternehmen 2016 auf Solarenergie umstieg.

Für EPC-Auftragnehmer hingegen ist die Blendungsanalyse lediglich eine Genehmigung zum Beginn des Projekts. „Die Blendungsanalyse ist eine theoretische Übung und meiner Meinung nach nicht wirklich wichtig“, sagte ein in Ahmedabad ansässiger Solarentwickler. Unterdessen besteht Walia darauf, dass Blendgefahren in der Machbarkeitsphase untersucht werden müssen und nicht in der Ausführungsphase, in der der EPC vorliegt.

Mongabay-India wandte sich an Vikram Solar (ein Unternehmen zur Herstellung von Solarmodulen, das Anlagen in Cochin, Kalkutta und vier weiteren indischen Flughäfen installiert hat), um mehr über ihre Erfahrungen bei der Installation von Solarmodulen an Flughäfen und ihre Blendungsanalyse zu erfahren, lehnte jedoch eine Stellungnahme ab.

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Bannerbild: Sonnenkollektoren am Flughafen Narita in Japan. Repräsentatives Bild. Flughäfen, die Solarenergie nutzen, stehen vor einer Herausforderung, da die Blendung durch Sonnenkollektoren zu Blitzblindheit führen und die Sicht der Piloten beeinträchtigen kann. Foto von Takashi M/Flickr.