„Synergieeffekte durch dezentralem

Verbund von Photovoltaik,

Solar-Therme und Energiespeicherung“

Weidhase, F.: Hochschule-Lausitz, Lehrstuhl für funkbasierende und optische

Kommunikationssysteme

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Vortrag anlässlich des 3.PV-Meetings an der Hochschule Lausitz

Schwerpunkte des Vortrages

– Ausgangslage

– Photovoltaik

– Solartherme

– Windkraft

– Speicherung von thermischer Energie

– Speicherung von elektrischer Energie

Schaltungstechnik und Kommunikation erforderlich

Ausgangspunkt für Ideen zukünftiger Projekte

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Ausgangslage • Neubewertung von Atomstrom nach Reaktorunfällen

• Absenkung der Förderung

• Strompreiserhöhungen

• Überhang zu bestimmten Zeiten

Verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien

Druck zur Effektivitätserhöhung

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Atomkatastrophen haben zu einer Neubewertung

und deutlichen Zuwendung zum Einsatz

erneuerbarer Energien geführt

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Der Reaktorunfall in Fukushima wurde auf das

Niveau der Reaktorkatastrophe von

Tschernobyl eingestuft

Reaktorunglück in

Tschernobyl in der UdSSR

am 28. April 1986

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Quelle: http://www.heise.de/tp/r4/artikel/32/32907/32907_2.jpg

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Die Abschaltung von

Kernkraftwerken führt dazu,

dass Deutschland Strom

importieren muss.

Strompreiserhöhungen

700 Versorger haben bereits

in diesem Jahr ihre Strompreise

erhöht

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Mehrdimensionale Optimierung zur Ermittlung der wirtschaftlichsten Stromspeichergröße

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Siehe: Götzel, St.: „Analyse ökonomischer Effekte bei der Nutzung elektrischer Energiespeicher im Zusammenhang mit

der Verwertung regenerativer Energien (PV, Wind)“. Bachelorthesis an der Hochschule Lausitz (2011)

Betreuung: Prof. F. Weidhase und B. Sc. G. Fischer

Zukünftiges Szenario mit Lithium-Speicher:

Strombezugspreis: 50 Ct/kWh ohne Anstieg

Modulpreise: 20 €/kWp

Leistungsdegradation: 0,1 % (Module)

Speicherpreis: 10 €/kWh

Zyklenanzahl: 7.000

bei Speichernutzung: 90 %

Systemwirkungsgrad: 90 %

Vergütung für Einspeisung 0 Ct/kWh

Als Kriterium gilt die

minimale Amortisationszeit.

Gegenwärtiges Szenario mit Pb-Speicher:

Strombezugspreis: 15 Ct/kWh ohne Anstieg

Modulpreise: 300 €/kWp

Leistungsdegradation: 0,5 % (Module)

Speicherpreis: 200 €/kWh

Zyklenanzahl: 5.000

bei Speichernutzung: 50 %

Systemwirkungsgrad: 85 %

Vergütung für Einspeisung 0 Ct/kWh

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Windenergienutzung

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Kleinwindanlagen • Die Netzstabilität kann bei einer zunehmenden Versorgung

Deutschlands mit regenerativen Energien gesichert werden kann.

• Wind-, Biogas- und Solarstromanlagen werden mit neuen Informations- und Kommunikationstechniken zu einem virtuellen Kraftwerk verknüpft.

• Kleinwindanlagen mit vertikale Drehachse sind für Inselbetrieb, Wassererwärmung geeignet, windrichtungsunabhängig und laufen bereits bei 2-3m/s an. Aber auch bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten über 50 m/s ( 200 km/h ) produzieren diese Rotoren noch Nennstrom. Hervorzuheben ist auch ein nahezu lautloser Betrieb.

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http://www.reg-energiemix.de/Windkraft.htm

Ausbeute von Kleinwindanlagen

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http://www.wind-energie.de/fileadmin/BWE-Fachtagungen/KWEA%20Syposium/Vortraege/BWE-KWEA2_Technologie_peters.pdf

Beispiel einer Solartherme im Mix mit PV

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In Solarthermen werden bis 2600C bei 6 bar erreicht.

Quelle: http://www.fksolar.de/index.php?option=com_phocadownload&view=section&id=1&Itemid=23

Neuartiges Dämmsystem

• Das Sammlerrohr ist mit hochtemperaturfester, gepresster Mineralwolle gedämmt

• Der U-Wert liegt bei ca. 35% eines Flachkollektors

• Spezielle Dämmteile schützen die Verbindung von Kollektor zu Kollektor

• Durch Deckelung der Röhre gibt es eine weitere Minimierung von Wärmeverlusten

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http://www.fksolar.de/index.php?option=com_content&view=article&id=1&Itemid=8

Der Maximum Power

Point (MPP) kann bei

Microinvertern in

Abhängigkeit von der

Bestrahlungsstärke

individuell und

intelligent (smart)

geregelt werden.

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Typische

Kennlinien

Quelle: http://www.nils-isfh.de/joomla/

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Dezentrale Energiewandlung

Realisierungsbeispiel

eines dezentralen DC/DC-Microinverters

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Die SolarEdge Modul-Add-On PowerBox ist eine leicht installierbare Lösung für praktisch jedes c-Si

Modul. Sie fungiert als DC/DC-Wandler und bedarf einen zusätzlichen zentralen Inverter.

Leistungssteigerungen bis 25 % bei verringertem Verkabelungsaufwand werden avisiert.

Quelle:

http://www.solaredge.de/groups/de/powerbox/module-add-on

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EPC1012 Gallium-Nitrid-FET-Transistor VDSS – 200 V

RDS(on) – 100 mOhm

ID Cont. – 3 A

ID Puls – 12 A

QGS – 0,37 nC

Preis: 4,40 €

„BUMPED DIE“ - Gehäuse

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Step-Down-Board

15 A / 40 V / 600 W

Realisierungsbeispiel eines dezentralen DC/AC-Inverters

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Enphase Microinverter sind eine leicht installierbare Lösung, welche als DC/AC-Wandler gleich

Wechselspannung ohne zentrale Inverter ausgibt.

Leistungssteigerungen bis 25 % bei verringertem Verkabelungsaufwand und Einsparung des zentralen

Inverters werden avisiert.

Quellen:

http://www.enphaseenergy.com/products/products/micro-inverter.cfm

http://www.eco-trees.org/a-new-micro-inverter-system-that-increase-solar-output/

http://www.enphaseenergy.com/downloads/M200_M175_User_Manual_20081110.pdf

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Spezifischer Heizenergiebedarf eines Einfamilienhauses

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http://www.energiedialog2000.de/kwk-agfw-studie(kf).html

Latentwärmespeicher

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http://drsol.de/referenzen-latentspeicher.html

http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Themenhefte/th2006/th2006_03_03.pdf

Einsatz von beispielsweise:

• Wasser (00C)

• Paraffin (50 bis 1000C)

• Salzen (100 bis 4000C)

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Quelle:

http://www.unendlich-viel-energie.de/uploads/media/Solarenergie_-_Waerme_von_der_Sonne.jpg

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Dezentrale Energiespeicherung Mix von PV und Therme

Es geht um Strategien und Technologien einer pluralistischen Fern- und Nahwärmeversorgung!

Quellen:

http://www.solar-is-future.de/energiequelle-sonne/so-funktioniert-solarthermie/waerme-durch-licht/index.html

http://www.solar-is-future.de/energiequelle-sonne/so-funktioniert-solarthermie/dimensionierung/index.html

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Erforderlicher Bedarf

Kollektorfläche Warmwasser zu 60 %:

• 1,5 m2 Flachkollektorfläche pro Person

• 1 m2 Vakuumröhrenkollektorfläche pro Person

Speichervolumen Warmwasser zu 60 %:

• 80 - 100 Liter pro Person

Kollektorfläche Heizung zu 25 %:

• 10 m2 pro Haushalt

Speichervolumen Heizung zu 25 %:

• 10 m³ Wasser pro Haushalt

Eine Autoakkumulator schafft 10 kWh

• d.h. ca. 20 % des Tagesbedarfes einer Person

Wirkungsgrade Energiewandlungen, insbesondere

von Wärme zu Strom sind sehr

ineffektiv. Der Seebeckeffekt schafft

z.B. max. 14 %.

Sonnenkollektor mit

Wärmespeicher

PV mit Inverter und

Akkumulator

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