Ausgabe - 14 - Produktion

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16 · Trends & Reports · Produktion · 5. April 2012 · Nr. 14 Photovoltaik Speicherung der Sonnenenergie steht im Fokus André Czajka Produktion Nr. 14, 2012 In nächster Zeit gibt es in der Photovoltaik voraussichtlich keine gravierenden technologischen Neuerungen. Doch der Speicherung der durch die Sonne gewonnenen Energie kommt immer stärkere Bedeutung zu. Landsberg (pd). Die Speichertechnologien erfahren in Verbindung mit der Photovoltaik (PV) immer mehr Aufmerksamkeit. Bei den sogenannten Solar Fuels handelt es sich um eine Technologie zur Langzeitspeicherung von Strom aus erneuerbaren Quellen. Dabei werden die energielosen Rohstoffe CO 2 und Wasser mit Hilfe von elektrischem Strom in synthetisches Erdgas umgewandelt. Die Solar Fuels böten die Möglichkeit, eine Alternative zur E-Mobility zu sein, da man aus Sonnenstrom Treibstoffe für Verbrennungsmotoren erzeugen kann. Dazu erklärt Professor Christoph Brabec, Zentrum für Angewandte Energieforschung Bayern, Erlangen: „Ich sehe das nicht als Konkurrenzsituation, denn alles, was wir an erneuerbaren Energien bekommen können, brauchen wir.“ Nach dem Atomausstieg in Deutschland brauche man jede Kilowattstunde. „Solar Fuels sehe ich als eine Speichertechnologie, die Sonnenstrom speichern kann. Natürlich auch mit Konversion und dann der Wiederverwertung durch Brenstoffzellenverbrennungsmotoren. Aber es ist eine Speichertechnologie und einen Ausbau des Photovoltaikstroms ohne einen dazugehörigen Speicher wird es nicht geben“, verdeutlicht Brabec. Durch Photovoltaikanlagen gewonnene Sonnenenergie gilt es richtig zu leiten und speichern. Um die PV weiter zu festigen brauche man kurzfristige Speicher, um die Netze zu stabilisieren. „Wir brauchen einen Tagespeicher wie Batterien, um eine Erhöhung des Verbrauchs des dezentral erzeugten Solarstroms zu erreichen und wir brauchen saisonale Speicher wie Solar Fuels oder Wasserstoffspeicher“, erläutert Brabec. Diese seien ideale Speicherformen, da sie auch transportabel wären – so wie die jetzigen Treibstoffe, aber CO 2 -neutral. Augenmerk liegt auf den Dünnschichttechnologien Während es bei den Speicherformen derzeit viele Ideen und Entwicklungen gibt, sind aktuelle technologische Neuerungen bei der PV selbst eher nicht in Sicht. Bei der ersten Generation der PV sprach man noch von der kristallinen Siliziumtechnologie. Der Weg hin zum Modul war dabei durch eine lange Wertschöpfungskette geprägt. Aufgrund hoher Preise für Solarsilizium kamen unterschiedliche Dünnschichtkonzepte auf den Markt, die allerdings nicht an die Wirkungsgrade der klassischen waferbasierten Photovoltaik herankommen. Bei der zweiten Generation handele es sich um Dünnschicht-Produktionsanlagen für die Fertigung umweltfreundlicher Solarmodule zu niedrigsten Kosten und hoher Qualität, wie es seitens Oerlikon Solar heißt. Das neue Design ermögliche eine Senkung der Investitionskosten von 23 % pro Watt Nennleistung berichtet das Unternehmen. Die zukünftige, sogenannte dritte Generation der PV basiert ebenfalls auf der Dünnschicht-Technologie, entfaltet ihr Potenzial aber erst, wenn sie durch den Einsatz von Nanotechnik zu entscheidenden Wirkungsprinzipvorteilen bei gleichzeitig sinkenden Produktionskosten kommt. Auch wenn sich noch keine Technologie als marktführend her- Bild: pro motion pic - Fotolia auskristallisiert hat, geben die Forschungsaktivitäten doch einen gewissen Fingerzeig. „Besonders stark geforscht wird in Deutschland derzeit bei den Dünnschichttechnologien, von denen man erwartet, dass das Kostenpotenzial niedriger sein kann als in einer kristallinen Siliziumtechnologie“, beschreibt Brabec. Doch auch die gedruckte und organische PV werden laut Brabec künftig in Deutschland und Europa greifbar. Bei den zukünftigen Technologien sieht Winfried Hoffmann, Vice- President European Photovoltaic Industry Association (EPIA), aus Brüssel weiterhin die kristalline Technologie und die Dünnschichttechnologie vorne, aber „die neuen Technologien – also die organische Photovoltaik, die Farbstoffsolarzellen und die Konzentratorsolarzellen – werden alle einen wesentlichen Beitrag liefern.“ Auf die Frage, welche Rolle die PV im künftigen Energiemix einnehmen werde, antwortet Hoff- mann eindeutig: „Die wird einen sehr großen Stellenwert einnehmen. Ganz langfristig rechne ich damit, dass Photovoltaikstrom 20 Prozent des benötigten Sekundärenergiebetrags liefern kann.“ Die PV habe starke Möglichkeiten, sich bei den Kosten und Preisen weiter nach unten zu entwickeln „In wenigen Jahren wird Photovoltaik kostengünstiger sein als ein Kohlekraftwerk mit CO 2 -Abspaltung und Speicherung – wenn dies denn überhaupt funktionieren sollte“, verdeutlicht Hoffmann. Vergütungssätze sinken von Jahr zu Jahr Die Photovoltaikbranche erlebte in den letzten Jahren einen Wachstumsboom. Allein in Deutschland als dem weltgrößten Photovoltaikmarkt liegt die Leistung der über eine Million Solarstromanlagen inzwischen bei rund 24 800 Megawattpeak (MWp). Laut vorläufigen Zahlen der Bundesnetzagentur wurden 2011 rund 7 500 MWp neu installiert; ein neuer Rekord. Solarstromanlagen produzieren deutschlandweit mehr als drei Prozent des Stromverbrauchs, wobei ein weiterhin großes Wachstumspotenzial prognostiziert wird. Neben Wind, Wasser und Biomasse entwickelt sich die Solarenergie zu einer wichtigen Säule der Energiewende. Dabei hatte sich die installierte Leistung schon im Jahr 2010 fast verdoppelt. Mit einem damaligen Rekordwachstum von 7 400 MWp lag die Leistung Ende 2010 schon bei mehr als 17 300 MWp. „Allerdings sinken die Vergütungssätze für Neuanlagen von Jahr zu Jahr entsprechend der im EEG fixierten Degressionssätze“, sagt Philipp Vohrer, Geschäftsführer der Agentur für Erneuerbare Energien. 17. - 20. April 2012 Messe Karlsruhe Energiemanagement-System DIN-Ablösung: Energieverbrauch im Blick PaintExpo Internationale Leitmesse für industrielle Lackiertechnik Pulverbeschichten Spritzpistolen Pumpen Aushärtung Lohnbeschichtung Nasslackieren Recycling und Entsorgung Filter Reinigung Coil Coating Forschung Nass- und Pulverlacke Entlackung Drucklufttechnik Lackiergehänge Vorbehandlung Trocknung Applikationssysteme Umwelttechnik Abdeckmaterialien und -systeme Mess- und Prüftechnik Automatisierungs- und Fördertechnik www.paintexpo.de Veranstaltet von Kooperationspartner Ausbildungspartner FairFair GmbH Max-Eyth-Str. 19 D- 72644 Oberboihingen Qualitätssicherung Tel.: +49 7022 60255 0 E-Mail: info@paintexpo.de Produktion Nr. 14, 2012 Im April 2012 wird die DIN EN 16001 durch die internationale DIN EN ISO 50001 abgelöst. Diese beschreibt ein systematisches Energiemanagement. Hierzu zählt vor allem das kontinuierliche Erfassen, Bewerten und Verbessern des Energieverbrauchs. Robert Schmitt, Leiter des Bereichs Produktionsqualität und Messtechnik am Fraunhofer IPT. Bild: RWTH Aachen Aachen (pd). Ein großer Motivator für die Einführung eines solchen Systems ist die aktuelle Steuerpolitik: Trägt ein produzierendes Unternehmen nachweislich zu Energieeinsparungen bei, sind im Rahmen des sog. Spitzenausgleiches der Energie- und Stromsteuer deutlich geringere Fiskalabgaben zu zahlen. Die so erzielten Steuerersparnisse können auch für wenig energieintensive und kleine Unternehmen schnell mittlere fünfstellige Beträge ausmachen. In energieintensiveren Branchen ist die Rückerstattung ungleich höher. Gemäß den Plänen des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie soll der Spitzenausgleich ab 2013 nur noch gewährt werden, wenn ein Unternehmen ein zertifiziertes Energiemanagementsystem aufweist. Viele Betriebe stehen der Einführung eines solchen Systems skeptisch gegenüber. Ihre Bedenken gelten vor allem der Integration eines neuen Managementsystems in ihr Unternehmen sowie den Anforderungen an die benötigte Messtechnik. Zu Unrecht, wie Prof. Ro- bert Schmitt vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie meint: „Es gilt der Grundsatz, dass nur das, was gemessen werden kann, auch verbessert werden kann. Die Norm schreibt aber keine fest installierten Zähler vor. Durch den Einsatz von mobiler Messtechnik und die Integration in bereits bestehende Managementsysteme können die Kosten für die Einführung eines Energiemanagementsystems für kleine Unternehmen überschaubar gehalten werden.“ Diese amortisierten sich schnell durch die Identifikation der Einsparpotenziale entlang der analysierten Prozesse und durch die Steuerersparnisse. Ein systematisches und wirksames System ist dennoch nicht ohne Aufwand umsetzbar und zu betreiben. Um das Kosten-Nutzen-Verhältnis eines Energiemanagement- Systems zu optimieren, hat das Fraunhofer IPT eine bereits in der Praxis bewährte Methodik zur unternehmensspezifischen Analyse und Umsetzung der DIN EN ISO 50001 mit Industriepartnern entwickelt.
5. April 2012 · Nr. 14 · Produktion · F&E · 17 Antriebsenergie Brennstoffzelle fit für den wirtschaftlichen Einsatz Produktion Nr. 14, 2012 Eine planare Festoxid-Brennstoffzelle aus Jülich hat die Grenze von 40 000 Betriebsstunden überschritten. Damit übertraf sie weltweit erstmalig den Grenzwert für den wirtschaftlichen Einsatz in stationären Anwendungen, der einer Betriebszeit von fünf Jahren entspricht. Jülich (ba). Wegen des guten Wirkungsgrads und der hohen Betriebstemperatur zielt die Entwicklung dieses Brennstoffzellentyps insbesondere auf ortfeste Anwendungen ab, wie etwa dezentrale Anlagen zur Versorgung privater Haushalte. Der Jülicher Teststack wird noch in einer Laborumgebung betrieben, besteht aber bereits aus allen Komponenten, die ein mögliches kommerzielles Produkt später enthalten wird. Er wird betrieben mit Wasserstoff, der mit einem Wirkungsgrad von 64 % in der Zelle in elektrischen Strom umgewandelt wird. Auch andere Brennstoffe wie Erdgas können Aus dem Rahmen genommene, einzelne planare Festoxidbrennstoffzelle (SOFC). Bild: Forschungszentrum Jülich umgesetzt werden, sogar mit höherem Wirkungsgrad, wie andere Versuche gezeigt haben. Während Brennstoffzellen in Fahrzeugen nur 5 000 bis 10 000 Stunden lang halten müssen, erfordert der wirtschaftliche Betrieb in stationären Anwendungen eine Mindestlaufzeit von fünf Jahren oder umgerechnet 40 000 Stunden. Diesen Wert konnte die Jülicher Festoxid-Brennstoffzelle (engl. Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) am Freitag, dem 16. März 2012, bei einem Langzeittest erstmals übertreffen und stellte damit einen neuen Weltrekord auf. Mit dem neuen Spitzenwert hat die Brennstoffzelle die Erwartungen der Forscher übertroffen, die vor zwei Jahren lediglich von einer maximalen Laufzeit um die 30 000 Stunden ausgingen. „Der Test hat uns angenehm überrascht. Auch wenn für die industrielle Umsetzung eher 60 000 bis 80 000 Betriebsstunden erwünscht sind, zeigt der Wert, dass die Langzeitstabilität grundsätzlich gegeben ist“, berichtet Prof. Detlef Stolten, Sprecher des Jülicher Forschungsbereichs Brennstoffzellen. Das Testsystem besteht bereits aus Werkstoffen, die auch zur Herstellung eines kommerziellen Produkts verwendet werden könnten. Bis es soweit kommt, müssen die Herstellungskosten aber weiter optimiert werden und sich das System nicht nur auf dem Teststand, sondern auch unter Alltagsbedingungen bewähren. Am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-1, -2, -3 und -9) zusammen mit dem Zentralinstitut für Technologie (ZAT) wird dazu die gesamte Wertschöpfungskette optimiert und marktgerecht weiterentwickelt. Die Langlebigkeit der Jülicher SOFC ist auch eine Mehrere planare Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) lassen sich zusammen zu einem Stack verbinden. Der hier im Bild hat eine Leistung von 5 kW. Bild: Forschungszentrum Jülich Konsequenz ihrer verhältnismäßig schonenden Betriebstemperatur von 700 Grad Celsius. Üblicherweise arbeiten Festoxid-Brennstoffzellen sonst bei über 800 bis 1 000 Grad Celsius. Die hohen Temperaturen erlauben es, vergleichsweise unedle und damit kostengünstige Materialien einzusetzen und die Zelle mit einer ganzen Bandbreite von verschiedenen Brennstoffen zu betreiben. Wegen dieser Eigenschaften eignet sich die SOFC insbesondere für den Einsatz in dezentralen Anlagen, die private Haushalte und industrielle Einrichtungen mit Strom und unter Ausnutzung der Abwärme auch mit Heiz- und Prozessenergie versorgen. Daneben werden in Jülich derzeit auch Anwendungen zur Bordstromversorgung in Straßenfahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen untersucht. Wir gratulieren Produktion zum 50-jährigen Jubiläum!
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