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Strom aus Licht eröffnet Unternehmen neue wirtschaftliche Perspektiven

Um die Photovoltaik herum entwickelt sich ein beachtliches Produktspektrum
Strom aus Licht eröffnet Unternehmen neue wirtschaftliche Perspektiven

Das direkte elektronische Umwandeln von Licht in Strom wird weltweit immer stärker genutzt. Photovoltaik ermöglicht maßgeschneiderte Energieversorgung an jedem Punkt der Erde, läßt sich ideal in elektronische Systeme integrieren und ist dadurch schon heute bei vielen technischen Anwendungen die wirtschaftlichste Stromquelle.

Franz Frisch ist Journalist in München

Das glänzende Metallteil sieht auf den ersten Blick wie die Siegestrophäe eines sportlichen Wettbewerbs aus. In Wirklichkeit handelt es sich um das Modell einer futuristischen Straßenleuchte mit exklusiven Eigenschaften: Sie spendet Licht und braucht dazu keinen Anschluß an ein Stromnetz. Das kreisförmige Modul am oberen Ende enthält Solarzellen, die Tageslicht in Elektrizität umwandeln. Eine Systemtechnik sorgt dafür, daß die Energie in der Nacht wieder zu Licht wird. Bemerkenswert ist dabei, daß es sich um ein Produkt handelt, das rege nachgefragt wird. Drei Firmen kooperieren, um es auf den Markt zu bringen: die österreichische Vertriebsfirma ATE in Absam, die aus der Kasseler Gesamthochschule gegründete Solare Beleuchtungssysteme GmbH und der deutsche Photovoltaikhersteller ASE aus Alzenau.
Das futuristische Stück, das jetzt unter anderem auf der 13. Deutschen Photovoltaik-Konferenz in Staffelstein bei Bamberg präsentiert wurde, ist eines der elegantesten Beispiele dafür, daß die direkte elektronische Umwandlung von Sonnenlicht in Strom, die Photovoltaik (PV), von Unternehmern zunehmend genutzt wird, um neue energieautarke Geräte und Anlagen zu konstruieren und damit auch neue Märkte zu erschließen.
„Die Photovoltaik wird heute vielfach noch völlig falsch gesehen”, kritisiert Professor Dr. Jürgen Schmid, Vorstand des Instituts für Solare Energieversorgungstechnik (Iset) in Kassel und Vorsitzender der 2. Photovoltaik-Weltkonferenz, die Anfang Juli in Wien stattfindet. „Sie wird immer noch als zwar umweltfreundliche, aber teure Zukunftsoption abgetan. Dabei bietet sie schon heute interessante wirtschaftliche Perspektiven. Immerhin ist sie die erste elektronische Stromquelle, die sich in vielfältige technische Anwendungen maßgeschneidert integrieren läßt.”
Schmid zählt zu den ersten Forschern in Deutschland, die für die elektronische Umwandlung von Licht in Strom anspruchsvolle Systemtechniken entwickelt haben. Schon 1983, damals noch beim Freiburger Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), nahm er in München das erste europäische Wohnhaussystem in Betrieb, das aus Sonnenlicht rund um die Uhr perfekten 220-V-Wechselstrom erzeugte und diesen bei Stromüberschuß auch in das Münchener Stadtnetz einspeiste. Heute konzentriert er sich mit dem Iset und an der Gesamthochschule Kassel auf die Entwicklung vielfältiger Anwendungen neuer Energiesysteme.
Bei der diesjährigen Photovoltaik-Konferenz, die das Ostbayerische Technologietransfer-Institut (Otti) im Tagungszentrum Kloster Banz bei Bamberg veranstaltete, trat der technische Fortschritt, der in den vergangenen 15 Jahren erreicht wurde, deutlich zutage. Über 400 Experten von Industriefirmen, Energieunternehmen, Kommunen und Forschungsinstituten diskutierten drei Tage lang technische Konzepte und Anwendungen der autarken elektronischen Energieversorgung. Gleichzeitig fand in den Räumen des Barockklosters die größte deutsche Photovoltaik-Technologie-ausstellung statt, bei der über 50 Firmen ihre Produkte präsentierten.
Für Schmid liegt der deutlichste Wandel darin, daß „die Aufmerksamkeit der Experten von den Modulen der Stromerzeugung längst auf die Systeme der Energieanwendung übergegangen ist”. Bei der Technologieausstellung dominierten denn auch Anbieter von elektronischen Stromwandlern, Schaltelementen, maßgeschneiderten Systemen und fertigen Produkten. Deutlich zeigte die Schau, daß sich hier eine aufstrebende Branche präsentierte.
Ob eine autarke photovoltaische Stromversorgung heute wirtschaftlich ist, hängt vor allem vom Abstand der Anwendung vom öffentlichen Stromnetz ab (siehe Grafik). Bei einem Einfamilienhaus – Normverbrauch 3000 kWh pro Jahr – ist der 220-V-Wechselstrom von der Sonne ab etwa 500 m vom Netz wirtschaftlich. Bei einem Gartenhaus mit 200 kWh pro Jahr schmilzt die Distanz auf 20 m. Und bei einem modernen Parkscheinautomaten mit 2 kWh pro Jahr ist das photovoltaisch versorgte Gerät auch mitten in der City kostengünstiger.
Den fortgeschrittenen, aktuellen Stand der Technik demonstriert zum Beispiel die Versorgung der Starkenberger Hütte des Deutschen Alpenvereins in den Tiroler Bergen. Hier hat das Freiburger Iset mit modularer Systemtechnik einen PV-Generator mit 4,95 kWp (kWp = Kilowatt peak, elektrische Leistung bei höchster Sonneneinstrahlung) und ein mit Flüssiggas betriebenes Blockheizkraftwerk mit 14 kW elektrischer Nennleistung zu einer Hybridanlage integriert, welche die Alpenhütte bei einem Minimum an Transportaufwand, Umweltbelastung und Wartung unter allen Witterungsbedingungen zuverlässig mit Strom und Wärme versorgt. Die Anlage wurde wegen ihres Pilotcharakters vom Bundesforschungsministerium und der EU-Kommission zu 50 Prozent gefördert.
Die Energiesysteme bewähren sich in der Praxis. Dies bringt es mit sich, daß der Markt der Photovoltaik-Anwendungen seit längerem kontinuierlich wächst und sich alle fünf Jahre verdoppelt. „Die Photovoltaik ist ein Markt mit Eigendynamik geworden”, urteilt Dr. Armin Räuber vom Freiburger ISE, der die wirtschaftliche Entwicklung analysiert hat. „Um sie herum hat sich ein sehr großes Produktspektrum entwickelt, das sich durch Professionalität und hohen Qualitätsstandard auszeichnet.“
1997 nahm der weltweite Verkauf von PV-Anlagen gegenüber dem Vorjahr um über 30 Prozent zu. Damit hat die Neuinstallation solarer Kleinkraftwerke erstmals die 100-MW-Marke überschritten. Asien stand mit 36 Prozent der PV-Anwendungen 1997 an der Spitze, gefolgt von Europa mit 22 und Nordamerika mit 17 Prozent. Schlußlicht blieb Afrika mit vier Prozent.
Gegenüber dem Weltmarkt hat die Anwendung in Deutschland 1997 überproportional zugenommen. Es wurden rund 11 MW neu installiert. Die vorhandene Leistung netzgekoppelter Anlagen stieg damit um knapp 50 Prozent auf 34 MW. Insgesamt waren Ende des vergangenen Jahres hierzulande fast 10 000 PV-Anlagen in Betrieb. Die Zahl dürfte sich drastisch ändern, wenn künftig auch die Produkte mitgezählt werden, die PV-Energie nutzen. „Wir rechnen in den nächsten Jahren mit einigen zigtausend Stück”, läßt Reinhard Wecker, Geschäftsführer der Webasto Systemkomponenten GmbH & Co. KG aus Stockdorf, die Katze ein klein wenig aus dem Sack. Die Rede ist vom luxuriösen Schiebedach, das unter anderem in den Audi A8 eingebaut werden soll. Es enthält einen Solargenerator, der im Wagen beim Parken an heißen Tagen die Lüftung speist. Autozulieferer Webasto hat mit photovoltaisch versorgten Produkten einen neuen Geschäftszweig eröffnet.
So reichen die Anwendungen heute von Produkten mit wenigen Watt Verbrauch bis zu den ersten Kleinkraftwerken mit 1 MW Spitzenleistung. Ab 1998 werden in der Bundesrepublik bereits zwei 1-MW-Anlagen in Betrieb sein. Nach der ersten Anlage, die vom Modul-Weltmarktführer Siemens Solar (Produktion vor allem in USA) 1997 auf den Hallendächern der neuen Münchener Messe installiert wurde, entsteht jetzt in Herne die zweite. Sie soll in Deutschland die Solarstromtechnik in größerem Maßstab demonstrieren. Die Elektrizität aus über 3000 Solarmodulen wird über 572 verteilte Stromwandler sofort in Wechselstrom umgewandelt und weitergeleitet. Dadurch entsteht ein elektrisches System, das von jedem Elektrohandwerker beherrscht werden kann. Die Anlage auf dem Dach der Fortbildungsakademie des Landes Nordrhein-Westfalen wird pro Jahr 750 000 kWh Strom erzeugen. Der auf seinem Gebiet in Europa führende Hersteller SMA aus Niesetal liefert die modulare Systemtechnik mit String-Wechselrichtern. Die Solarmodule steuert der Glaskonzern Pilkington bei, der jetzt gemeinsam mit Shell die zur Zeit weltweit größte Solarmodulfabrik (Jahresproduktion: Module mit 25 MW Leistung) in Deutschland errichtet.
Heute sind solche Vorzeigeanlagen noch stark von öffentlicher Förderung abhängig. Doch dies dürfte sich ändern. Der erste großtechnische Einsatz der solaren Stromerzeugung mit Gigawatt-Leistung sei nach dem Jahr 2010 bei der Deckung des Spitzenstrombedarfs in Kalifornien zu erwarten, erklärte Dr. Winfried Hoffmann, Geschäftsführer der Solarfirma ASE mit Sitz in Alzenau.
Die ASE GmbH, die in Deutschland und den USA verschiedene Solarzellentypen produziert – unter anderem das weltweit größte Solarmodul – bietet die zur Zeit modernste Zellentechnologie, bei der die hauchdünnen Siliciumscheiben nicht mehr aufwendig wie Computermaterial aus Blöcken gesägt, sondern schon in der feinen Endform aus der Siliciumschmelze „gezogen“ werden. Das Unternehmen, das Photovoltaik für die Erde und den Weltraum liefert, will bis zur Jahrtausendwende den Umsatz verdoppeln und dann einen Weltmarktanteil von zehn Prozent erreichen.
Die Alzenauer beliefern – wie alle anderen Modulhersteller – auch einen ersten weltweiten Massenmarkt der Photovoltaik. Die herrschende Systemkette Kraftwerk-Stromnetz-Verbraucher versagt in den dünnbesiedelten Weiten der Erde, so daß mehr als eine Milliarde Menschen auch in unserem High-Tech-Zeitalter noch ohne Elektrizität lebt. Dies ist der Grund, daß Photovoltaik schon heute ein Massenprodukt hervorgebracht hat: das Solar Home System.
1997 sind nach Informationen des Fraunhofer-Institutes ISE rund um den Globus bereits etwa 200 000 Anlagen installiert worden. Die größte Nachfrage herrschte in China, Indien, Mexiko, Kenia und lndonesien. Schätzungen des vorhandenen Marktes reichen bis zu 100 Millionen Einheiten. Die Systeme enthalten ein Solarmodul, eine elektronische Regelung und eine Speicherbatterie. Sie speisen in der Regel drei elektrische Leuchten, ein Fernsehgerät sowie einen Radio-Cassetten-Spieler oder ein anderes Elektrogerät mit geringem Verbrauch. Die Kosten eines Solar Home Systems zur Basisversorgung liegen im Durchschnitt bei 500 US-Dollar. Am Gesamtmarkt haben die Solar Home Systems einen Anteil von rund zehn Prozent.
„Die Frage, ob die photovoltaische Stromversorgung bei neuen technischen Produkten und Anlagen Vorteile bringen könnte, sollte in der Zukunft ebenso selbstverständlich gestellt werden, wie die Frage nach konventionellen elektronischen Komponenten”, weist Professor Jürgen Schmid den Weg. Für den Iset-Vorstand gibt es keinen Zweifel, „daß durch Photovoltaik Produkte wirtschaftlicher und attraktiver werden, daß bestimmte Innovationen durch sie überhaupt erst möglich werden und sich viele Produkte mit Photovoltaik weltweit vermarkten lassen”. Eine, wie er meint, „vielversprechende Herausforderung”.
Webasto: Mit Photovoltaik diversifizieren
Der Automobilzulieferer Webasto aus Stockdorf bei München, bekannt als Hersteller von Schiebedächern, hat mit Photovoltaik-Produkten einen neuen Geschäftszweig eröffnet. Im Rahmen der 13. Deutschen Photovoltaik-Konfererenz präsentierte das Unternehmen ein halbes Dutzend neuer Produkte, die bereits vermarktet werden, beispielsweise:
Wann sich Photovoltaik heute rechnet
Wenn Sie für eine konkrete Anwendung herausfinden wollen, ob photovoltaische Stromversorgung heute wirtschaftlich ist, können Sie dieses Diagramm nutzen, das von Professor Jürgen Schmid aus Kassel und seinem Team erarbeitet wurde. Sie müssen dazu den jährlichen Energieverbrauch in kWh markieren (senkrechte Linie) und die passende schräge Kurve für die Netzentfernung oder das zutreffende Oval für Batterien oder Dieselaggregate suchen. Die schrägen Kurven und die ovalen Bereiche zeigen die Energiekosten bei konventioneller Versorgung. Im unteren Drittel verläuft die Preiszone der Photovoltaik (PV). Liegen die Kurven und Ovale über ihr, ist PV wirtschaftlicher.
Die schrägen Kurven bedeuten von links nach rechts, daß sich der kWh-Preis zusammensetzt aus: Verbrauch + Zählermiete, Verbrauch + Zählermiete + Anschlußkosten, Verbrauch + Zählermiete + Anschlußkosten + x Meter Zuleitung.
Welche exorbitanten Energiekosten Einmalbatterien verursachen, zeigen die zwei linken Ovale. Bei Stromversorgung aus Standardbatterien kostet eine einzige Kilowattstunde elektrischer Energie 60 bis 500 DM, aus Knopfzellen sogar von 6000 DM aufwärts. Hier ist PV bereits um Zehnerpotenzen billiger.
Wie Sie Produkte mit PV-Energie entwickeln
Bei der Entwicklung einer Innovation mit photovoltaischer Energieversorgung muß das Produktwissen des Unternehmens mit dem branchenfremden Know-how der Energiespezialisten zusammengeführt werden. Dies funktioniert heute genauso wie Anfang der 80er Jahre die Einführung der Mikroelektronik in die Industrie: Firmen wenden sich an anwendungs- orientierte Forschungsinstitute, die das Energiesystem für die gewünschte Anwendung maßgeschneidert entwickeln. Das Iset in Kassel und das Fraunhofer ISE in Freiburg sind seit langem darauf trainiert, Entwicklungen im Auftrag der mittelständischen Industrie auszuführen. Das Bundesforschungsministerium fördert die Entwicklung von PV-versorgten Kleingeräten. Beide Institute haben jetzt jeweils ein neues Förderprogramm mit einem Volumen von 3 Mio. DM erhalten. Aus diesen Töpfen können Entwicklungen für Firmen zu 50 Prozent finanziert werden. In der Vergangenheit wurden bereits rund 100 Geräteentwicklungen von Bonn gefördert.
Eine weitere Möglichkeit, um an das Know-how zu kommen, bietet die Teilnahme an dem jährlichen dreitägigen Photovoltaik-Symposium
Kontakt:
Otti Regensburg, Tel. 0941/29688-20am Computer
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