Beck Energy GmbH - Systemlösungen zur regenerativen Energieerzeugung

Solaranlagen und Produkte der Vormonate:

Projekt zur Elektrifizierung entlegener ländlicher Gebiete
im Südwesten Chinas

Mehr als 70 Prozent des Stroms wird in China aus Kohle gewonnen. In keinem Land der Erde wächst der Verbrauch schneller. Und ein Ende des Booms ist nicht in Sicht: Pro Kopf der Bevölkerung beträgt die in China installierte Stromerzeugungs-Kapazität mit 230 Watt heute gerade ein Sechstel der in den alten Industrieländern installierten Leistung. Doch die Rohstoffressourcen sind begrenzt und gerade entlegene ländliche Regionen können durch das vorhandene Stromnetz nicht erschlossen werden. China ist ca. 27-mal so groß wie Deutschland. Allein die im Südwesten gelegene Provinz Yunnan entspricht etwa der Fläche der alten Bundesrepublik und hat 40 Millionen Einwohner. Keine andere Provinz in China bietet mehr Reichtum und Vielfalt an Flora und Fauna. Deshalb ist die Provinz ein überaus beliebtes Reiseziel. Mehr als 36 Millionen Touristen - meist Chinesen selbst - reisten letztes Jahr dorthin.

Solarstrom für Dörfer der chinesischen Provinz Yunnan, gefördert vom Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit.

Das Alltagsleben der Menschen sieht allerdings ganz anders aus als die Welt der Touristen. Die Mehrheit der Bevölkerung lebt noch immer in armen, landwirtschaftlich geprägten Regionen.

Solarstrom für Dörfer der chinesischen Provinz Yunnan, gefördert vom Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit. Quelle: SMA.

Der lockende Wohlstand in Städten führt schon seit Jahren zu einer Landflucht großen Ausmaßes. In den kommenden zehn Jahren könnten bis zu 500 Millionen Menschen in ganz China ihre angestammten Siedlungsräume verlassen, so Schätzungen. Hieraus ergibt sich zum einen eine städtebauliche Mammut-Aufgabe, zum anderen aber auch die komplette Entvölkerung ländlicher Gebiete, die fatal für die kulturelle Entwicklung Chinas wäre.

Die chinesische Regierung weiß um dieses Problem. Doch trotz massiver Investitionen in den Ausbau des Energieversorgungsnetzes konnte eine flächendeckende Stromversorgung nicht realisiert werden. Schon heute arbeiten die vorhandenen Kraftwerke am Rande ihrer Möglichkeiten und der Ausbau des Netzes ist aufgrund der Größe des Landes außerordentlich schwierig. Abgelegene ländliche Gebiete werden deshalb nicht mit elektrischer Energie versorgt, besonders in den westlichen und südwestlichen Regionen Xinjiang, Yunnan, Gansu, Tibet, Quinghai und der Inneren Mongolei. Nicht selten ist der nächste Zugang zum Stromnetz mehr als 50 km entfernt.

Stromerzeugung ohne zusätzliche CO2-Emissionen

Bereits 1996 wurde ein Großprogramm aufgelegt, um bislang nicht elektrifizierte ländliche Regionen mit Strom aus erneuerbaren Energien zu versorgen. Dabei spielt die Solarenergie eine entscheidende Rolle. Das Potenzial für ihre Nutzung ist aufgrund der intensiven Sonneneinstrahlung von 1.700 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr (kWh/m²/a) und einer jährlichen Sonnenscheindauer von 2.500 - 3.100 Stunden äußerst günstig. Durch die Bereitstellung von Strom aus erneuerbaren Energien können zusätzliche CO2-Emissionen vermieden werden, und so wird ein wichtiger Beitrag zum Klima- und Ressourcenschutz geleistet.

Montage der Solarmodule. Leistung pro Dorf zwischen 4,5 und 17 kWp. Montage der Solarmodule. Leistung pro Dorf zwischen 4,5 und 17 kWp.
Montage der Solarmodule. Leistung pro Dorf zwischen 4,5 und 17 kWp. Quelle: SMA.

Ein Teil des Großprogramms sieht den Bau von insgesamt 170 Solarstromanlagen zur Dorfelektrifizierung vor und wird durch das Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit (BMZ) mit einem Darlehen in Höhe von insgesamt 10,2 Millionen Euro unterstützt. Dadurch sollen sowohl ländliche Gesundheitsstationen als auch Dorfschulen ihr Angebot erweitern können. Außerdem soll jeder Haushalt elektrisches Licht und einen Anschluss für weitere Stromverbraucher erhalten. Weil der zusätzliche Strombedarf im Voraus nur schwer einzuschätzen ist, darf ein solches Stromnetz nicht durch bestimmte Leistungsparameter begrenzt werden.

Der erste Abschnitt dieses Vorhabens wird bereits seit Mai 2004 umgesetzt. Er umfasst die Energieversorgung von insgesamt 27 Dörfern. Firma Shell Solar liefert pro Anlage 60 Solarmodule vom Typ S 75 (75 Watt peak) und ist auch für die Gesamtplanung verantwortlich.

Wechselstromkopplung (AC-Kopplung) für maximale Flexibilität

Die SMA Regelsysteme GmbH aus Niestetal beschäftigt sich vorrangig mit der Entwicklung und Produktion fortschrittlicher Systemtechnik für die Photovoltaik. Aus der intensiven Zusammenarbeit mit dem Institut für Solare Energieversorgungstechnik in Kassel gingen in den letzten Jahren vor allem im Bereich der dezentralen Energieversorgung zahlreiche Innovationen hervor. Jüngstes Forschungsergebnis ist die AC-Kopplung, die es erstmals erlaubt, sowohl die Energieerzeuger (Solarstromanlagen; Generatoren) als auch die Wechselstromverbraucher (230 Volt AC) auf der Wechselstromseite zu koppeln.

Entsprechend der Verfügbarkeit unterschiedlicher Energielieferanten kann das gesamte System problemlos um zusätzliche Stromerzeuger erweitert und damit einem wachsenden Energiebedarf angepasst werden. Gleichzeitig ist die Einbeziehung bereits vorhandener, konventioneller Energielieferanten möglich (z.B. Dieselgeneratoren), um so eine Stabilisierung der Energieversorgung zu erreichen.

Inselwechselrichter Sunny Island 4500.

Inselwechselrichter Sunny Island 4500, Installation.

Inselwechselrichter Sunny Island 4500, Installation. Quelle: SMA.

 

Durch den modularen Aufbau der netzunabhängigen Stromversorgung ist es möglich, die in ihrer Leistung unterschiedlichen Energieversorgungssysteme für die einzelnen Dörfer mit nur noch jeweils einem Wechselrichtertyp zu bestücken (Insel- und PV-Wechselrichter). Das bringt nicht nur erhebliche Vorteile für die Anlagenplanung, den Betrieb und die Wartung, sondern auch für die Ersatzteilvorhaltung und für die Schulung an nur noch zwei Gerätetypen. Die Kopplung der Komponenten auf der AC-Seite führt zu einer Senkung der spezifischen Systemkosten. Ein Grund hierfür ist die Möglichkeit, künftig überall erhältliche und erheblich preisgünstigere 230V-Verbraucher an Stelle der vorher notwendigen 12- oder 24V-Geräte einsetzen zu können.

Aufbau eines Systems zur Elektrifizierung abgelegener Orte (Leistungsschwächster Anlagentyp).
Aufbau eines Systems zur Elektrifizierung abgelegener Orte (Leistungsschwächster Anlagentyp). Quelle: SMA.

Der Systemmanager

Kern einer solchen solaren Dorfstromversorgung ist der Inselwechselrichter Sunny Island 4500. Er ist einsetzbar für ein einphasiges Inselsystem mit einer Leistung von 4,5 kW, das aus einem einzigen Sunny Island 4500 besteht, bis hin zu Systemen mit dreiphasiger Versorgung in praktisch allen Leistungsbereichen durch Parallelschaltung mehrerer Geräte. Neben der Solarstromanlage können problemlos weitere Energielieferanten integriert werden, beispielsweise Verbrennungsaggregate, Wind- oder Wasserkraftanlagen.

Das intelligente Batterie-, Last- und Inselmanagement, etwa beim Betrieb des Dieselgenerators im Bereich des optimalen Wirkungsgrades, trägt dazu bei, die zur Verfügung stehende Energie sinnvoll zu verwalten und zum Beispiel den Verbrauch von Dieselkraftstoff zu minimieren. Durch eine regelmäßige Ausgleichsladung, die temperaturkompensierte Ladespannung und die Überwachung des Ladezustands wird eine Tiefentladung der Batterie vermieden und gleichzeitig deren Lebensdauer deutlich verlängert.

Großes Interesse an der neuen Technik. Karaoke mit Strom von der Sonne.
Großes Interesse an der neuen Technik. Karaoke mit Strom von der Sonne. Quelle: SMA.

Für die Elektrifizierung der Provinzen Yunnan und Xinjiang wurden unterschiedliche Anlagenvarianten gewählt. Sie unterscheiden sich wesentlich durch ihren Leistungsbereich von minimal 9 bis maximal 27,5 Kilowatt (kW). Dörfer, in denen mehr als ab 30 Familien leben, erhalten zusätzlich einen Dieselgenerator als Notstromversorgung.

Die Kopplung der PV-Anlage (mindestens zwei und maximal sechs Wechselrichter von Typ Sunny Boy 3000) auf der AC-Seite sorgt bei Sonneneinstrahlung für eine zusätzliche Leistung von bis zu 18 kW zu der bereits vom Systemmanager, dem Wechselrichter Sunny Island, zur Verfügung gestellten Energie. Dabei wird zunächst die mit den Solarmodulen gewonnene Energie genutzt, um die Lasten direkt zu decken. Ein eventueller Energieüberschuss wird in Batterien gespeichert, um bei Bedarf (z.B. nachts) zur Verfügung zu stehen.

Aufbau des Systems: leistungsstärkster Anlagentyp mit mehreren Modulsträngen, integriertem Dieselgenerator und Batteriespeichern.
Aufbau des Systems: leistungsstärkster Anlagentyp mit mehreren Modulsträngen, integriertem Dieselgenerator und Batteriespeichern. Quelle: SMA.

Alles unter Kontrolle

Für eine erfolgreiche Anlagenüberwachung ermöglicht der Datenlogger Sunny Boy Control Plus die Kommunikation mit den Wechselrichtern und erlaubt je nach eingesetzter Sensorik eine direkte Messung unterschiedlicher Parameter am Solargenerator. (z. B: Sonneneinstrahlung oder Temperatur). Insgesamt können auf diese Weise bis zu 250 Messwerte erfasst und visualisiert werden, um mögliche Störungen der gesamten Anlage noch schneller erkennen und beheben zu können. Das ist einfach, und muss auch so sein. Denn China ist kompliziert genug. Dort werden mehr als 50 Sprachen gesprochen und es gibt 31 Provinzen mit eigenen Gesetzen und Bestimmungen. Und je weiter man sich von den Metropolen entfernt, desto weniger wird englisch gesprochen. Das Leben der Chinesen ist geprägt von starken Traditionen, die für unbedarfte Ausländer zahlreiche Fallstricke bieten. Für eine erfolgreiche Abwicklung dieses wie auch künftiger Projekte ist daher die SMA-Niederlassung in Peking mit deren chinesischen Mitarbeitern von unschätzbarem Wert.

Erneuerbare Energien für den Erhalt kultureller Identität

Viel Zeit und viel Erfahrung braucht es noch, bis die Bewohner der einzelnen Dörfer den "Strom" und seine Gefahren verstanden haben, vor allem werden sie aber die Möglichkeiten schätzen lernen, welche die Elektrizität eröffnet. Ganz am Anfang der einzelnen Projekte wird das einzige feste und vor allen unangenehmen Folgen der Witterung geschützte Haus des Ortes von Energieversorgung belegt. Das wird sich aber ändern. Bilder und Nachrichten aus den Metropolen werden dazu beitragen, die Ziele und Wünsche der Menschen in den ländlichen Regionen neu zu definieren.

Feierliche Einweihung der neuen Energieversorgung.

Es wäre schön, wenn es auch mit Hilfe der solaren Stromversorgung gelingen würde, die Landflucht einzudämmen und Zentren einer neu aufkeimenden kulturellen Identität zu schaffen, denn die abgelegenen ländlichen Regionen Chinas haben viel mehr zu bieten als nur bittere Armut.

Feierliche Einweihung der neuen Energieversorgung. Quelle: SMA
Autoren M. Rothert, J. Sebald, M. Wollny; SMA Regelsysteme GmbH, Hannoversche Str. 1 - 5, D-34266 Niestetal; e-mail: joerg.sebald@SMA.de. Redaktion Solarserver: Rolf Hug.
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