Sonderheft der Zeitschrift Landtechnik zum Tod von Prof. Dr ... - TUM

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_________________ 402 Regenerative Energien 44 . Jahrg. --=- Landtechnik Sonderheft _ Einsatz der Photovoltaik im landlichen Raum Von Heinz Schulz*) Die Photovoltaik wird zukiinftig eine wachsende Rolle bei der dezentralen Stromerzeugung spielen. Unter Abwagung der Vor- und Nachteile des Solarstroms kommen nach gegenwartigen Erkenntnissen als Einsatzgebiete vor allern die Wasserforderung fiir Bewasserungszwecke und Weidetranken, die Stromversorgung netzferner Stalle, die Fischteichbeliiftung, der Antrieb von Ventilatoren und die Giilleoligolyse in Frage. Es wird iibererste Versuchsergebnisse berichtet, auf das neue BMIT-Demonstrationsprogramm hingewiesen, die Gleichstrorn-Geratetechnik angesprochen und auf Preisentwicklungen eingegangen. Photovoltaics will be of growing importance for electric power supply in remote areas. Ifthe advantages and disadvantages of solar power are evaluated to the latest results, the following fields of application for solar power come into question: pumpingwater for irrigation and field troughs, powerfor remote stables, aerationof fish ponds, ventilation and olygolysis of liquid manure. First results of experiments are reported about, the latest demonstration program of the BMIT (Federal Ministry of Research and Technology) is referred to, the technique of direct current equipment technology is mentioned and the price trend is highlighted. Vor- UDd Nachteile Die Photovoltaik, also die Stromerzeugung aus Sonnenlicht mit Solarzellen, erlebt zur Zeit weltweit einen starken Aufschwung. Dies liegt einerseits daran, daB die laufend sinkenden Preise fur Solargeneratoren einen Stand erreicht haben, die netzferne Anwendungen in den Bereich der Wirtschaftlichkeit kommen lassen. Andererseits aber werden standig neue Einsatzgebiete *) LD Dr. HeinzSchulzleitetdieAbteilung Energiewirtschaft und Antriebstechnik der Bayerischen Landesanstalt fur Landtechnik und ist Geschaftsfuhrer des Landtechnischen Vereins in Bayern. Fortsetzung von Seite 401 fernen Betrieben oder Anlagen beraten und Pilotvorhaben betreuen zu konnen. Aber auch Versuchsarbeiten sind notig, urn stromsparende, aber wirkungsvolle und robuste Gleichstrorngerate zu finden. r» die solare Stromerzeugung sehr zukunftstrachtig erscheint, die Einsatzrnoglichkeiten aus landtechnischer Sicht aber noch zu wenig bekanntsind, soli im nachfolgenden Beitrag ausfuhrlich darauf eingegangen werden. Urn die beschriebenen Moglichkeiten der Offentlichkeit naher zu bringen, wurde neben den iiblichen Vortragen und Veroffentlichungen an Ausstellungen verschiedener Organisationen mitgwirkt und eine eigene, standige Ausstellung in Weihenstephan aufgebaut. Aber auch der Vertrieb von Schriften und Bauanleitungen uberumweltfreundliche Energiequellen hat viel zur Praxisanwendung beigetragen. Dankenswert unterstiitzt wurden diese Arbeiten vor allem vorn Bundesministerium fur Forschung und Technologie, der Kommission der EG, dem BayerischenStaatsministerium fur Erniihrung, Landwirtschaft und Forsten, dem Bundesministerium fur Ernahrung, Landwirtschaft und Forsten, der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Schweisfurth-Stiftung, der einschlagigen Industrie und vielen Landwirten mit Pioniergeist. gefunden, in denen die besonderen Vorteile des Solarstroms gegeniiber anderen Stromerzeugern zum Tragen kommen. Vorteilhaft sind narnlich vor allem folgende Eigenschaften: Solarzellen erzeugen Strom ohne Urnweltbelastungen. Es gibt weder Probleme mit Abgasen , Schadstoffen, Abwarme und Ruckstanden, noch Larrnbelastungen. Man hat keinen mechanischen Verschleils , und die Stabilitat gegeniiber Witterungseinfliissen ist auBerordentlich hoch. Gute Fabrikate durften nach gegenwartigen Erkenntnissen auf eine mehr als dreifligjahrige Nutzungsdauer kommen. Solargeneratoren sind absolut leerlauf- und kurzschluBfest. Der Arbeitsaufwand fur Reparaturen und Wartung entfiillt bei fest montierten Anlagen, zumindest in solchen Klimagebieten, wo Staub und Schmutz durch Regen und Schnee abgewaschen werden. Ampere 900 W1m2 (direkt) 18 0 C OO"r ldirekt ) i'·' 550W I m 2 I direkl schroq ) 14 0 C 200 WI m 2 I direkl ,schrog J 8 0 C '150 WI m 2 (diffus) 6° C leichler Regen Da kein Brennstoffbenotigt wird , treten auch keine Betriebskosten auf, auBerdem entfallen aile Probleme mit Transport, Lagerung und Handhabung von konventionellen Energietragern. Engpasse mit der Rohstoffversorgung gibt es bei Siliziumsolarzellen nicht, denn Silizium ist nach Sauerstoff das auf unserem Planeten am haufigsten vorhandene chemische Element, das beispielsweise auch aus Quarzsand gewonnen wird. Die Teile ausgedienter Solargeneratoren (Zellen, Glasabdeckung, Metallrahmen) konnen gut in Recycling-Prozessen wiederverwertet werden. Es deutet alles darauf hin, daB die Preisentwicklung in der Photovoltaik zukiinftig weiterhin deutlich fallend sein wird. Ein Abflachen der Preiskurve wird erst in zehn bis zwanzig Jahren erwartet. Es ist anzunehmen, daB diese vorteilhaften Eigenschaften der Photovoltaik eine Akzeptanz in der breiten Bevolkerung verschaffen werden. Auch die Absicht, in Wakkersdorf ansteJle der geplanten Wiederaufarbeitungsanlage fur Kernbrennstabe eine Fabrik fur die GroBserienherstellung von Solarzellen zu bauen, wird diese Technologie im BewuBtsein breiter Bevolkerungskreise sicherlich aufwerten . Wo viel Sonne ist, gibt es aber auch Schatten . Deshalb sollen hier die Nachteile einer solaren Stromversorgung nicht verschwiegen werden: Die Leistung und Arbeit der Solarzellen unterliegen naturgemaf starken, witte rungsbedingten Schwankungen. Kann der erzeugte Strom nicht direkt ver braucht werden (Antrieb von Wasser pumpen oder Ventilatoren), mussen Batteriespeicher zwischengeschaltet werden. Die Wirkungsgrade handelsublicher So largeneratoren liegen bei maximal 16 % O+----+-----if-----+----+---+----+----/-..H-"to 10 Volt 20 30 35 Punkte hbchs ter Leistung I peaK points) Abb. 1: L eistung sk ennlinien eines Solargenerators bei unterschiedlichen wiuerungsbedingungen; Stromstiirke [IJ in Ampere undSpannung [VJ in Volt; Sonneneinstrahlungsintensitiit in W/m 2 ; Auj3ememperalur in °C (2 Arco-Solar-Generatoren 26 - 2000 mil je 35 Silizium-Solarzellen 100 m 0, in Reihe geschaltet, eigene outdoor-Messungen} 38
44.Jahrg . Landtechnik Sonder heft 403 A bb. 2: Groiierer Solargenerator (max . 400 W) mit Schwimmp ump e fu r Bewasserungsanlagen. Die spe ziell[iir Solarantrieb entwickelte Kreiselpumpe hat einen elektroniscli ko mmuticrten, burstenlosen Gleichstrom m otor. in relativ niedrigem Berei ch . Eine Steigerung auf maximal 25 % wird prognostiziert, aber wohl erst lan gerfristig erreicht. Gegenwa rtig ist der Preis fur ph otovoltaisch er zeugt en Stro m no ch hoher als fur Netzstrom im Normalt arif ohne Beru cksichtigung der "sozialen Kosten" der Stro me rze ugung mit fossilen Brennstoffen . Deshalb beschrankt sich vorerst die wirtschaftlich sinnvo lle A nwe ndung auf netzferne Anlagen od er Verbrau cher mit se hr hoh en T arifen . - Sol argeneratoren benotigen Dach- und G rundflache n, 'die moglichst gan ztagig von de r Sonne beschienen werden. Bei A ufstellung im fre ien Gelande rnussen sie die bstahlsicher und gege n Be schadigu ngen durch Mensch und Tiergesichert an gebracht werden. D a So largene ra tore n G leic hstro m erzeugen , der haufig in Batterien gespeichert wird , liegt es nahe, gleic hstro mbetri ebene G er ate ei nzusetze n un d den U mweg ub er Wechselricht er zu ersparen. T rotz standig er Verbesse rungen gibt es hier aber noch Pr obl eme, stromsparende und fur D auerbetrieb geeignete Gleichstromver br au cher (Pumpen , Kompressoren, Ve ntilatore n , Kuhlgerate) zu finden . E s fehlt in del' Praxis noch an Wissen ub er Planung und Betrieb von Solargener atoren . E inen geei gn ete n benzinoder dieselm otorgetriebenen Stromerze uger ka nn man leicht er au swahl en und betreiben als eine noch zu wenig bek annte Photovolt aikanlage . In der Photovoltaik gibt es nur wenig Spielraum zur Koste nse nkung durch Sel bstbau. Wahrend man W indkraftanlagen , Wasser- und Luftkollektoren oder Stalluft-Wa rrnetauscher durchaus mit pr eiswerten Materi alien und Bauteilen selbst err ichten kann, sollte ma n Solar gen er at oren als montagefertige Einheit kaufen und nicht versuche n , Sol arzelJen miteinander zu verlot en un d zwischen Glasplatten zu kapseln . tige Massenproduktion erscheint die arnorph e Te chni k besonde rs gut gee igne t, doc h liegen die erreichb aren Zellenwirkungsgrade noch un ter 10 % , wahrend polykristalline 12 bis 14 % und monokristall ine 14 bis 16 % erreich en . Die Wirkungsgrad e sind tempe raturabh angig un d steig en mit sinke nder Zell entemp er atu r. Deshalb erzielt man mit Solargen er at oren im Wint er ein e be ssere Energieausbeute als mit Kollektor en . Ein e Siliziumsolarzelle erzeugt un abhangig von ihr er Gro f3e eine Le erlauf-Gleichspannun g von etwa 0,5 bis 0,6 V, die auch kaum von der Intensitat der So nne neinstrahlung beeinflu f3t wird. Dies ist insofern gunsti g, als auch bei bedecktem Himmel so hohe Spa nnunge n erreicht werde n, daf3 wen igstens etw as Strom in eine Batterie flie f3en kann. Di e Strornstarke unddamit auch die Le istung ein er Z elle ist hingegen linear abhangig von ihrer Grolse und der Sonnenstr ahlungsintensitat . Die grofiten zur Zeit hergestellten mon okristallinen So larzellen mit 100 em' Flache kommen bei voller Sonnen ein strahlung von 1000 W/m 2 auf2,4 bis 3 A Nennstrorn. Durch Reihen- und Par allelschaltung der Zellen zu eine m Modul sowie mehrerer Module untereinander kann man nah ezu belieb ig grof3e Spa nnungen, Strornstarken und da mit Le istungen erre ichen, Standard module we rde n meist A bb. 3: w asserj orde rung f iir eine Schreberganenanlage mit einer kleinen Ex zenterrollenp umpe, die iiber einen permanentmagneterregten Kollektor Gleichstrommotor direkt yom Solargenerator (m ax . 144 W) betrieben wird. . I I I 2 ~ . 8 . ~ 9 . 10.9. zum Laden von Batterien mit 12, 24 und se ltene r 36 Vo lt Nennsp an nun g ausge legt . So large nera toren haben typische Stro m Spa nnu ngske nnlinien mit Punkten maxim aIer Le istung (peak po int) , die nur be i bestimmter Spa nnung erreicht wird (Abb. 1) . D er elektrische Wid erstand de s Verbra uc he rs muf da her moglichst gut auf den Generator a bgestim mt und eventuell gerege lt werde n. Anwendungsbereiche Es gibt ein e Reihe von Anwendungsgebi e ten im landlichen Raum , die interessant ers chei nen und teilweise auch schon erprobt wur de n. D a Sol arstrom eine relat iv hochwertige Energi eform ist , gelingt es dabei oft , nicht nur fossile E ne rgie trag er einzuspa re n , sondern auch die Produktionsbedingun gen zu verbessern. Hierzu ein konkretes Be ispie l: In einem netzfernen 55 ha Grunlandbetrieb im Ficht elgebirge mit exten siver Ti erhaltung (Fleischrinde r , D amwild, H irsch e) muf3ten bisher taglich bis zu 3500 I Wasse r zu m Tranken der Tier e von H and ode r mit ein er Z apfw ellenpumpe ge Iordert werden, wozu ein A rbeitsa ufwa nd von zwei Stunden er forderlich war. Mit H ilfe von Solar gener at oren, die vor allem im Winter du rch kleine Windturbinen unterstutzt we rden, gelang es , die Pumpar beit I I III I I 20 .9 . 1.10. 10.10. 1988 Grundsatzliches Marktbeh errschen d sind gegenwartig So largen eratoren mit Zellen, die au s monokri A bb. 4: Tiiglich gefo rderte Wasserm enge (m'ld) in del'Schrebergartenanlage Puchh eim 24.8. bis 12.10.88; sta lline m , polykr istallinem und amo rp he m So largenerator 144 W, Gleichstrommotor mit angeflanschter Rollenpumpe, Ford erhoh e 3,2 m, Forder Silizium hergestellt we rden. Furdie zukiinf- weite 90 m dureh 3/4" Plr-Rippenro hr
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