Laut Financial Times Deutschland haben die Netzbetreiber in Deutschland in den vergangenen 5 Jahren 40 % weniger in die Leitungen investiert. Auch der Verband der Elektrotechnik (VDE) sieht Risiken für das gegenwärtig noch nicht gefährdete deutsche Stromnetz. Diese seien bedingt durch Stromtransite, Leistungsdefizite und höhere Anforderungen im Bereich der Regelleistung.

Foto. BMU. Fotograf: H.-G. Oed

Staatliche Kontrolle und Dezentralisierung gefordert

Der SFV fordert ausdrücklich die Wiedereinführung einer strengen staatlichen Kontrolle und eine fachlich kompetente Netzaufsicht, die Mindestforderungen an die Sicherheit der Stromnetze ausarbeiten, durchsetzen und kontrollieren soll - unabhängig davon, ob und in welchem Umfang der künftige Kraftwerkspark konventionell oder regenerativ sein wird. Die landesweite Verteilung von Anlagen zur Nutzung der Erneuerbaren bewertet der SFV als wichtigen Vorteil: Der so genannte Dominoeffekt (Abschaltung von Kraftwerken in Serie) könne nur dann auftreten, wenn in einem Netzgebiet mehr Strom verlangt wird als gleichzeitig zur Verfügung gestellt werden kann. Je ausgewogener das lokale Verhältnis zwischen Stromverbrauchern und Stromerzeugern ist, desto leichter sei es schaltungstechnisch, das Netz in unabhängig voneinander reagierende selbstständige Teilnetze aufzutrennen, und so den Totalausfall räumlich einzugrenzen. Dies spricht laut SFV besonders für die Nutzung der Solarenergie auf den Dächern der Ballungszentren und für einen Ausbau der Windenergie auch im küstenfernen Binnenland. Da der unvorhergesehene Ausfall einer kleinen Stromerzeugungseinheit, viel leichter ausgeregelt werden könne als der Ausfall eines großen konventionellen Kraftwerks, verbessere eine Vielzahl kleiner Anlagen, die Versorgungssicherheit. Einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Energiewende sieht der SFV in einer über das ganze Land verteilten, großen Zahl von Anlagen zur Nutzung der erneuerbaren Energien, zum Beispiel regelbare Biomassekraftwerke.

Wer privat auf eine sichere Stromversorgung Wert legt, könne sich mit einer eigenen Solarstromanlage mit der Fähigkeit zum Inselbetrieb schützen.

Solarstromanlage auf Mehrfamilienhaus. Quelle: Gehrlicher Umweltschonende Energiesysteme GmbH.

Diese trenne bei einem Netzausfall das Hausnetz vom Versorgungsnetz und setze die Stromversorgung des Hauses automatisch fort. Allerdings seien Solarstromanlagen, die sich auf Notstromversorgung umschalten lassen, teurer als normale netzgekoppelte PV-Anlagen. Doch Sicherheit habe nun einmal ihren Preis, unterstreicht der SFV.

Solar Home Systems: Solarstromtechnik für 1 Million Hütten

Für mehr als 2 Milliarden Menschen weltweit, die keinen Zugang zu elektrischem Strom haben, kann Solarstrom eine kostengünstige Alternative darstellen, um Energie für die Beleuchtung, ein Radio und einfache Haushaltsgeräte zu erzeugen. Dafür genügt schon eine kleine Photovoltaikanlage, denn die meisten der Betroffenen leben in ländlichen Gebieten mit hoher Sonneneinstrahlung. Die 16 Mitgliedsunternehmen des "Clubs zur ländlichen Elektrifizierung" fordern von der deutschen Bundesregierung ein Programm mit dem Ziel, "Solarstrom für eine Million Hütten" zu realisieren. Welche Dimensionen solche dezentralen Systeme erreichen können, ergibt sich aus einer einfachen Rechnung: 1 Million Solar-Home-Systems mit je 50 Watt entsprechen einer Kapazität von 50 Megawatt. Das ist etwa die Hälfte der 2003 in Deutschland installierten Photovoltaik-Leistung - und eine bedeutende Exportchance für die deutsche Solarwirtschaft.

Autarke Photovoltaikanlagen, auch in Kombination mit Windenergie-Anlagen, bieten sich an zur Stromversorgung netzferner Standorte - auch in den entwickelten Ländern. In den Alpen oder auf Inseln, wo ein Netzanschluss zu teuer ist oder der Brennstoff für Dieselgeneratoren aufwändig und über weite Strecken transportiert werden muss, sind sie auch wirtschaftlich konkurrenzfähig. In Entwicklungs- und Schwellenländern ist der Gleichstrom, den einfache Solar Home Systems liefern, jedoch keine ausreichende Grundlage für den Aufbau einer modernen Werkstatt, eines Dienstleistungsbetriebes oder einer Industrieanlage.

"Hierfür ist eine stabile Wechselstromversorgung mit ausreichender Leistung von etwa 3 Kilowatt aufwärts notwendig. Die wirtschaftlichste Versorgung sind hier Mini-Netze oder Hybridsysteme, die den Strom in vielen Fällen deutlich günstiger produzieren können als herkömmliche Dieselaggregate", erklärt Philipp Strauß, Leiter des Forschungs- und Entwicklungs-Bereichs Anlagentechnik und Leistungselektronik am Kasseler ISET. Wichtig sei, dass die Stromversorgungs-Systeme problemlos mit den steigenden Ansprüchen wachsen können.

Stromrichter und Batterien DesignZentrum Modulare Versorgungstechnik (DeMoTec) in Kassel. Foto ISET.

Werden solche Systeme vernetzt, können zusätzlich Effekte der Verstetigung des Energieverbrauchs genutzt werden, um weitere Kostenreduktionspotentiale auszuschöpfen. Ein neues ISET-Verfahren eröffnet hier Möglichkeiten für den einfachen und wirtschaftlichen Ausbau solcher Netze.

Solarstrom-Hybridsysteme und Mini-Grids

Die Grundstrukturen des gegenwärtigen Stromnetzes wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts geschaffen. Große, zentrale Kraftwerke produzieren die Energie. Verteilt und zu den Verbrauchern transportiert wird sie über Netze, die über einander beziehungsweise hinter einander geschaltet sind (kaskadenförmig). Die Nutzung regenerativer Energiequellen hingegen bedeutet einen Schritt hin zur Dezentralisierung der Versorgungsstruktur: Immer mehr Windkraft- und Solarstromanlagen speisen Strom in das Netz ein. Forscher und Techniker, wie sie auch am ISET wirken, entwickelten Verfahren und elektronische Geräte, um die Energie aus den dezentralen Anlagen so umzuwandeln, dass sie in das vorhandene Netz eingespeist werden können, ohne das Netz zu belasten.

Neues Regelungsverfahren für moderne Stromrichter

Die innovativen Stromrichter erlauben die kommunikationslose Synchronisation der Wechselrichter, welche den Strom aus regenerativen Quellen in Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hertz für Haushalt oder Industrie verwandeln, wie er weltweit üblich ist. Arbeiteten diese Wechselrichter bisher ohne Regelung (Dirigent) parallel, drohten sie asynchron mit abweichender Frequenz auseinander zu laufen. Dem ISET ist es nun gelungen, den Wechselrichtern ähnliche Eigenschaften beizubringen, wie sie rotierende Maschinen aufweisen, die ihr Arbeitstempo unter Last einander angleichen.

Damit wurde ein Schlüsselelement für den Auf- und Ausbau lokaler und regionaler Netze entwickelt, in die eine Vielzahl unterschiedlichster Erzeuger bei konstanter Spannung und Frequenz parallel einspeisen. Die Einhaltung festgelegter Grenzen für Frequenz und Spannung ist Grundvoraussetzung für den Netzbetrieb. Sonst können Kundengeräte und Betriebsmittel zerstört werden und die Sicherheit wäre nicht gewährleistet.

Das Netz der Mini-Grids kann durch die Verknüpfung Schritt für Schritt zu beachtlicher Leistungsfähigkeit heranwachsen. Die Netze wiederum können sich untereinander verbinden und so die elektrische Infrastruktur schaffen, die für den wirtschaftlichen Aufbau dezentraler Regionen Voraussetzung ist, vor allem in Schwellen- und Entwicklungsländern. Die Dezentralität der neuen Netze ihre Multi-Direktionalität in der Energieverteilung, ihre Zusammenschaltbarkeit und die Fähigkeit, wieder in Einzelnetze zu zerfallen, sind laut ISET ein bisher ungeahnter Vorteil zur optimalen Ausschöpfung und Verteilung der Energieressourcen aus fossilen wie regenerativen Quellen sowie zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit. Der Ausfall eines Versorgers oder eines Verteilers kann in einem zentralistischen, von oben nach unten verteilenden Netz wie den bestehenden Stromnetzen einen völligen Zusammenbruch bewirken. Das haben die Blackouts in den USA und Europa gezeigt. Im dezentralen Geflecht der "Mini-Grids" des 21. Jahrhunderts hingegen werden die Fehlerquellen isoliert und das System stabilisiert sich selbst, versprechen die ISET-Forscher. Der wissenschaftliche Leiter des Instituts, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmid berichtet, dass sich die neue Technik schon im Alltag bewährt: "Das Zusammenspiel der Komponenten optimieren wir zur Zeit in einer Pilotanlage auf der griechischen Insel Kythnos, die wir zusammen mit dem Forschungsinstitut C.R.E.S. aus Athen und der SMA Regelungssysteme GmbH aus Niestetal betreiben. Es ist nun an der Zeit, einen Feldtest in einem ausgesuchten Entwicklungsland oder in einer Region zu beginnen."

Weitere Informationen:

Club zur ländlichen Elektrifizierung C.L.E. http://www.cle-export.de/german/index.html
Institut für Solare Energieversorgungstechnik an der Universität Kassel e.V. http://www.iset.uni-kassel.de/pls/w3isetdad/www_iset_page.show_menu?p_lang=ger
Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme, ISE http://www.ise.fhg.de/german/fields/field3/index.html