Stromrichter als Schlüsselkomponenten für dezentrale Energieversorgung
Modulare Systemtechnik öffnet der Photovoltaik den Markt

Der Trend zu einer Dezentralisierung der Energiewirtschaft scheint unaufhaltsam. Besonders für Entwicklungsländer erleichtert dies den Aufbau einer Stromversorgungs-Infrastruktur. Die Photovoltaik samt zugehöriger modularer Systemtechnik bietet in den kommenden Jahren ein enormes Wachstumspotenzial.

Die dezentrale Energieversorgung ist ein ganz wesentlicher Schritt in eine nachhaltige Energieversorgung", unterstreicht Günther Cramer, Geschäftsführer der SMA Regelsysteme GmbH in Niestetal. Angesichts einer erwarteten Verdopplung des Weltenergiebedarfs in den kommenden 50 Jahren müssen erneuerbare Energiequellen wie Sonne, Wind und Wasser wesentlich stärker als bisher zur Bedarfsdeckung herangezogen werden. Die verbrauchernahe Energieerzeugung hat sowohl für Industrieländer als auch für Schwellen- und Entwicklungsländer eine Reihe von Vorteilen.

So werden die Übertragungsverluste deutlich reduziert, Genehmigungsverfahren vereinfacht und die Bauzeiten verkürzt. Zudem sieht Cramer auch wesentliche energiepolitische Aspekte: Dezentrale Systeme reduzieren die Abhängigkeit von Energie- und Treibstoffimporten und schaffen zusätzlich neue Arbeitsplätze. Außerdem können sie die Verwundbarkeit durch Umweltkatastrophen oder terroristische Anschläge deutlich reduzieren.

Die Photovoltaik verfügt dabei über besondere Vorteile, wie Prof. Dr. Jürgen Schmidt, Vorstandsvorsitzender des ISET (Institut für Solare Energieversorgungstechnik in Kassel), erläutert. Dank modularer Systemtechnik lassen sich Anlagen von wenigen Watt bis in den Megawattbereich aufbauen. Die statischen Systemkomponenten seien wartungsarm, lassen sich vielfältig nutzen und auch in Gebäude integrieren. "Die derzeit noch hohen Erzeugungskosten sind in entlegenen sonnenreichen Regionen bereits heute schon ohne Förderung wirtschaftlich."

Der Photovoltaik-Weltmarkt zeigt eine dynamische Entwicklung, von rund 50 Megawatt (MW) Anfang der 90er-Jahre auf 280 MW in 2000. Im vergangenen Jahr wurden bereits 387 MW verkauft, 65 MW davon allein in Deutschland. Schmidt schätzt, dass Ende 2001weltweit eine Photovoltaikleistung von rund 1 300 MW installiert war (160 MW in Deutschland). Bei SMA habe man frühzeitig den Trend von zentralen großen Kraftwerken hin zu isoliert arbeitenden, dezentralen, kleineren Energieerzeugern erkannt. "Heute geht diese Entwicklung noch deutlich weiter, und aus den dezentralen Strukturen entwickeln sich heute virtuelle Kraftwerke, die sich regelungstechnisch wie ein Großkraftwerk verhalten", erklärt Cramer. Er stützt sich dabei auf eine Eon-Prognose, wonach in Deutschland im Jahr 2000 schon 24 % des Stroms dezentral erzeugt wurden. In 2010 soll der Anteil auf 34 % und bis 2020 sogar auf 46 % steigen.

Auch im Bereich der netzfernen Energieversorgung sieht Cramer große Wachstumspotenziale. In Griechenland, Italien, Portugal und Spanien seien weit mehr als 200 000 Haushalte noch ohne elektrischen Anschluss. In den Schwellen- und Entwicklungsländern würden im Jahr 2010 immer noch drei Millionen Menschen ohne elektrische Energie und ohne Zugang zu sauberem Trinkwasser sein. Allein für die Trinkwasseraufbereitung, für die Ausbildung des Gesundheitswesens und die Kommunikation seien dort 16 000 MW Photovoltaik nötig. Das ist das Fünfzigfache der Produktion des Jahres 2000.

"Dezentrale Energieversorgungssysteme sind erst auf Grund modernster Technologie insbesondere im Bereich der Elektronik möglich geworden. Ihre Weiterentwicklung benötigt vor allem Leistungselektronik, Datenkommunikation, neuartige Regelverfahren und modernste Halbleitertechnik", unterstreicht Cramer. Er zählt SMA Regelsysteme im Bereich der Energieaufbereitung und Systemtechnik für Photovoltaikanlagen zu den Pionieren. Das 1981 gemeinsam mit den Partnern Peter Drews und Reiner Wettlaufer quasi als Spinoff der Universität Kassel gegründete Unternehmen habe sich zum weltweit führenden Hersteller entwickelt.

"Unsere Photovoltaikwechselrichter der Baureihe Sunny Boy wandeln den von Photovoltaikanlagen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom und speisen diesen in das öffentliche Versorgungsnetz ein. Über die Einspeisung der Solarenergie in bestehende Netze hinaus, haben wir uns gemeinsam mit dem ISET darauf konzentriert, auch für entlegene, nicht an das Netz angeschlossene, Verbraucher eine Lösung zu entwickeln. Das Ergebnis dieser gemeinsamen Entwicklung ist der Batteriewechselrichter Sunny Island, der nun auch erstmalig eine einfache erweiterbare Systemtechnik für entlegene Verbraucher darstellt", so Cramer.

Als schnell steuerbares Bindeglied zwischen Erzeuger und Verbraucher gewinnt die Stromrichtertechnik zur Aufbereitung von Gleichstrom aus Photovoltaik- oder später auch aus Brennstoffzellen-Anlagen zunehmend an Bedeutung. Wechselrichter formen durch gezieltes Ein- und Ausschalten von Halbleiterbauelementen (Leistungstransistoren) in Verbindung mit Transformatoren, Induktivitäten und Kondensatoren aus der Gleichspannung die benötigte sinusförmige Ausgangsspannung.

Für ISET-Chef Schmidt sind Stromrichter Schlüsselkomponenten für die dezentrale Energieversorgung. "Sie werden die Leistungsfähigkeit der zukünftig verteilten Energieerzeugung mit hohen Anteilen regenerativer Energiequellen maßgeblich vorantreiben."

Die rasante Entwicklung in der Leistungselektronik und Mikroprozessortechnik habe in den vergangenen Jahren bereits zu erheblichen Kostensenkungen bei gleichzeitiger Effizienzsteigerung geführt. Dies kann SMA-Geschäftsführer Cramer nur bestätigen und kündigt an: "Für den Zeitraum von 2000 bis 2005 haben wir uns eine nochmalige Preisreduktion um 50 % vorgenommen."

Cramer erinnert an die erhebliche Bedeutung dieser neuen Entwicklungen für den hiesigen Arbeitsmarkt. So würden bereits heute in Deutschland etwa 120 000 Arbeitsplätze im Bereich der dezentralen Energieversorgungstechnik existieren. Auf das noch ganz kleine, gerade erst beginnende Marktsegment der Photovoltaik entfielen dabei 6 000 Arbeitsplätze - mit stark steigender Tendenz.

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