Photovoltaik
Photovoltaik-Strom nutzen - spart Kosten für Dieselkraftstoff
Weltweit versorgen Dieselgeneratoren Regionen ohne Netzanschluss zum Beispiel Dörfer, Inseln und Industriebetriebe mit Strom. Mittlerweile ist Strom aus Photovoltaikanlagen deutlich günstiger zu produzieren und eine wirtschaftlich attraktive Lösung für diese Regionen. Damit bietet sich die Chance, in netzfernen Gebieten die Stromerzeugung durch Dieselgeneratoren mit PV-Strom zu ergänzen beziehungsweise soweit als möglich zu ersetzen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Projekts PV-Diesel entwickelten zunächst die technischen Grundlagen und aufbauend darauf geeignete Systembausteine. Dies sind ein großer netzbildender Batteriewechselrichter der Megawattklasse sowie ein Photovoltaik-Diesel-Hybridcontroller.
Projektkontext
Den etablierten Markt für Dieselgeneratoren gilt es durch nachhaltige Energieversorgungssysteme, vorzugsweise die Photovoltaik, zu erneuern beziehungsweise zu ersetzen. Durch günstigen Photovoltaik-Strom entsteht insbesondere im Sonnengürtel der Erde, aber zunehmend auch jenseits dieser Regionen, ein attraktiver Zukunftsmarkt für diese Technik. Damit besteht die Chance, Dieselkraftstoff durch umweltverträgliche Solarenergie zu ersetzen. Photovoltaik-Hybridsysteme, eine intelligente Kombination aus erneuerbaren Energien, Speichersystem und Dieselgenerator ermöglichen eine nachhaltige und sichere Energieversorgung.
Forschungsfokus
Ziel des Forschungsverbundes ist es, das wirtschaftliche und technische Potenzial für die Photovoltaik und die Substitution von Dieselkraftstoff durch Solarenergie zu erschließen. Dafür erforschen und optimieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zunächst das Zusammenspiel von Photovoltaik mit Dieselgeneratoren in Kombination mit Batteriespeichern. Erforderlich sind geeignete Systemlösungen sowie passende und standardisierte Komponenten für die gesamte Systemvielfalt. Die Verfahren und Komponenten müssen nicht nur zuverlässig sein, sondern auch kostengünstig. Notwendig sind zugeschnittene Systembausteine (PV- und Batteriewechselrichter), kompatible Schnittstellen, neuartige Steuerungssysteme und Auslegungsverfahren sowie der wissenschaftliche Nachweis von Funktionalität, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit im Betrieb.
Innovation
Ein robuster und netzbildender Batteriewechselrichter der Megawatt-Klasse sowie ein spezieller Photovoltaik-Diesel-Hybridcontroller konnten als zentrales Regelungs- und Steuerungssystem realisiert und im realen Einsatz eines großen Inselnetzes erfolgreich erprobt werden.
Ergebnisse
Die Projektpartner aus Forschung und Industrie haben in dem von SMA (Solar Technology) koordinierten Forschungsvorhaben gemeinsam mit dem Dieselsystemspezialisten MWH Märkisches Werk und dem Fraunhofer IEE und ISE, der TH Köln und der Hochschule Reutlingen die erforderlichen Grundlagen für universell einsetzbare, skalierbare Photovoltaik-Diesel-Kraftwerke der Multimegawatt-Klasse erforscht. Sie eignen sich für den weltweiten Einsatz zur Dieselsubstitution durch Photovoltaik.
Sämtliche Tests der entstandenen neuen Systemlösungen verliefen erfolgreich. Der Einsatz im praktischen Betrieb ist zukünftig technisch und wirtschaftlich möglich. Die Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass konventionelle Dieselkraftwerke im großen Maßstab durch Solarkraftwerke zu ersetzen sind und so der Verbrauch von Dieselkraftstoff erheblich sinken kann.
Nachhaltige Stromversorgung auf der Karibikinsel St. Eustatius
Die entwickelten Technologielösungen testeten die Forscherteams im realen Versorgungsbetrieb auf der Karibikinsel St. Eustatius (4000 Einwohner). Es zeigte sich, dass das System die gestellten Erwartungen und Wünsche erfüllt und teilweise sogar übertrifft. So kann beispielsweise der Diesel-Generator zeitweise vollständig ausgeschaltet werden. Das robuste Verhalten - auch bei Fehlern - garantiert eine ununterbrochene Stromversorgung. Schaltet der Betreiber das Dieselaggregat aus, startet automatisch der Wechselrichter (erfolgreicher Nachweis zum Beispiel durch Diesel-Not-Aus-Test und Kurzschlusstest in Netzfeedern). Der Betrieb der Pilotanlage demonstriert, dass auch unter ökonomisch wirtschaftlichen Gesichtspunkten die Stromversorgung mit hoher Netzqualität gegeben ist. Unter andauerndem Betrieb der Anlage wiesen die Projektpartner nach, dass der solare Deckungsanteil erheblich steigt.
Anwendung
Die neuen Lösungen und Geräte, die im Laufe des Forschungsvorhabens entstanden sowie das gewonnene Know-How überführten die Forscher inzwischen in anwendungstaugliche Produktlösungen. In ersten Pilotanlagen kommt die neue Technik bereits zum Einsatz. Trotz der in vielen Projekten bereits gegebenen Wirtschaftlichkeit, schreitet die Erschließung dieses neuen Marktsegmentes nur langsam voran. Das erforderliche Vertrauen in die Reife der neuen Technik muss zunächst aufgebaut werden. Dazu gehört insbesondere, dass sich die neuen Lösungen im langfristigen Dauereinsatz bewähren und zuverlässig arbeiten.
Die Arbeiten boten den Forschenden vielfältige Anknüpfungspunkte, weiterführende FuE-Arbeiten zu identifizieren. Ein interessanter Ansatz ist, große Windparks einzubeziehen sowie die Netztechnik für eine räumlich verteilte Einspeisung zu schaffen. Diese Weiterentwicklungen ermöglichen es, die Kosten zu reduzieren und die Einsatzgebiete zu erweitern.
Die gewonnenen Erkenntnisse und Lösungsansätze bieten auch für die Forschungsarbeiten an den zukünftigen, stromrichter-dominierten Verbundnetzen, die mit 100 Prozent erneuerbaren Energien betrieben werden, wichtige Ansätze.
Letzte Aktualisierung: 08.03.2019
