Solar-Reports:

Solar-Technlogie für das 21. Jahrhundert:
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung
verbindet Wissenschaft und Industrie

von Rolf Hug
15.12.2000

Energie-Alternativen sind gefragter denn je. In unserer Reihe Solar-Forschung stellen wir das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung mit Stammsitz in Stuttgart vor.

ZSW-Logo


Energie- und Solartechnik: Entwicklung, Umsetzung und Beratung

ZSW-Standorte: Stuttgart, Ulm und Widderstall
ZSW-Standorte: Stuttgart, Ulm und Widderstall

Mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung ( ZSW) haben das Land Baden-Württemberg und die Universitäten in Stuttgart und Ulm gemeinsam mit der Wirtschaft eine Einrichtung ins Leben gerufen, die Sonnenenergie nutzbar machen hilft. Die gemeinnützige Stiftung, an der sich auch zahlreiche Unternehmen beteiligen, darunter DaimlerChrysler, Bosch, Telefunken und die Energie Baden-Württemberg AG, unterstützt seit 1988 die Forschung und Entwicklung erneuerbarer Energien. Ein Schwerpunkt ist die Solartechnik.

Über 100 Beschäftigte, überwiegend Naturwissenschaftler und Ingenieure, arbeiten an der Entwicklung von Verfahren zur direkten Nutzung der erneuerbaren Energien und der Produktion von Strom, Wärme und Kraftstoffen. In Zusammenarbeit mit der Industrie werden aus Forschungsergebnissen technisch realisierbare Lösungen, Produkte oder Produktionsverfahren. Die Geschäftsleitung und die zentralen Dienste sitzen in Stuttgart, die Arbeitsbereiche sind aufgeteilt. Vorstand Dr. Thomas Schott leitet die Bereiche Photovoltaik und Solarthermie in der baden-württembergischen Landeshauptstadt, Professor Dr. Jürgen Garche ist für den Ulmer Geschäftsbereich "Elektrochemische Energiewandlung und -speicherung" verantwortlich. In den Labors und mit ihren Test-, Pilot und Demonstrationsanlagen haben die Forscher seit über einem Jahrzehnt Erfahrungen gesammelt und in marktreife Produkte umgesetzt.


Photovoltaik: CIS-Zellen, Konzentrator-Module, nachgeführte Systeme

Die Fachabteilung Photovoltaik betreibt unter anderem Materialforschung für CIS-Dünnschichtmodule, die mittlerweile vom Partnerunternehmen Würth Solar in Marbach industriell gefertigt werden. Im Elektronik-Labor der Universität Stuttgart wurden beachtliche Wirkungsgrade bis zu 18 Prozent erzielt; in der Praxis sind 8 Prozent realistisch, und in Zukunft sollen die rot-braunen Zellen aus amorphem Silizium bis zu 12 Prozent bringen. Der Wissentransfer in die Produktion funktioniert. Nicht nur das Know-how, sondern auch ein Experte wanderte nach Marbach: Der technische Geschäftsführer von Würth Solar, Bernhard Dimmler, arbeitete bis zum Beginn des Joint Ventures an der Entwicklung der CIS-Zellen im ZSW.

ARCHIMEDES V

PV-Systeme und Komponenten werden im Bereich Anlagentechnik verwirklicht, der mit dem Freiland-Testgelände "Widderstall" die Möglichkeit hat, diese anschließend unter realistischen Anwendungsbedingungen zu untersuchen. Dort kann das Trog- Konzentratorsystem "ARCHIMEDES V" mit integriertem Modul und Schwerkraftnachführung besichtigt werden. Diese Technik verspricht vor allem beim Einsatz in südlichen Klimazonen hohe Effektivität: Dort können pro Kilowatt installierter Spitzenleistung 3000-3500 Kilowattstunden (kWp) im Jahr geerntet werden. Auf hiesigen Dächern montiert, kann eine PV-Anlage mit 1 kWp jährlich zwischen 900 bis 1100 Kilowatt ins Netz einspeisen.
Bild: "ARCHIMEDES V". ZSW

Module, die ohne zusätzlichen Input Solarenergie umwandeln und der Sonne vertikal nachgeführt werden sind ebenfalls ein Ergebnis der Stuttgarter Forscher.

Die Ingenieure des ZSW haben für das Projekt "Wirtschaftshof Linz" eine autarke thermohydraulische Solarnachführung verwirklicht. Die Integration des PV-Systems ist gelungen. Der Hydraulik-Antrieb wurde vom Architekten bewusst als "sichtbare Technik" in die Fassade einbezogen, die Photovoltaik-Lamellen geben den dem Gebäude eine markante Note.

Fassade Wirtschaftshof Linz
"Wirtschaftshof" Linz
<span class="khw">Thermohydraulische Solarnachführung</span>

Die Nachführbewegung entsteht durch den Unterschied der Sonneneinstrahlung auf zwei Verdampferröhren am Modul und die daraus resultierende Druckdifferenz im Hydraulikzylinder. Bei idealer Ausrichtung stellt sich in den Absorbern ein Druckgleichgewicht ein, und der Stellzylinder bleibt in dieser Position stehen.





Thermohydraulische Solarnachführung, Grafik: ZSW


Solarthermie für Mega-Kraftwerke

Mit der Solarwärme beschäftigt man sich am ZSW im großen Maßstab. Schwerpunkte sind die Stromproduktion in solarthermischen Kraftwerken und die Gebäudeversorgung.
Im wärmetechnischen Labor des ZSW wurde erstmalig die Thermohydraulik der direkten Verdampfung von Wasser in Parabolrinnenkraftwerken untersucht und so die Grundlage für einen Großversuch geschaffen. Dieser wird in Spanien durchgeführt.

<b>Plataforma Solar de Almeria</b>

Auf dem Gelände der Plataforma Solar de Almeria im Süden der iberischen Halbinsel betreiben deutsche und spanische Wissenschaftler gemeinsam ein Test- und Demonstrationszentrum. Die mit den Spiegelsystemen von Almeria eingefangene und in Öl gespeicherte solare Wärme wird über Wärmetauscher in den Wasser-Dampf-Kreislauf eines konventionellen Dampfkraftwerks eingespeist, wo herkömmliche Turbinen dann Strom erzeugen. Bis bis zu 160 Megawatt pro Einheit.


Stationäre und mobile Brenstoffzellen

In Ulm dreht sich alles um die Elektrochemie: Hier wird unter anderem an Brennstoffzellen für tragbare und fest installierte Anwendungen gearbeitet. Eine 5-kW-Anlage mit Polymermembran-Zelle (PEMFC) für den Hausgebrauch befindet sich im Demonstrationsbetrieb an der Fachhochschule Ulm. Zu Beginn des Vorhabens setzten die Forscher reinen Wasserstoff als Brennstoff ein. Seit 1998 wird Ergas, das überwiegend aus Methan besteht, als Primärenergiequelle genuzt. Das Gas wird in einem so genannten Reformer mittels Wasserdampf katalytisch zun Wasserstoff umgesetzt. Die PEM-Stacks, zusammengeschaltete Stapel von Brennstoffzellen, entwickelten im Testbetrieb eine hohe Dynamik; die Anlage konnte bei Zimmertemperatur mit zirka 50% Leistung angefahren werden.

PEMFC-Anlage
5-kWel-PEMFC-Anlage mit Erdgasreformer (Fraunhofer ISE) an der FH Ulm

Für den Antrieb von Kraftfahrzeugen und netzunabhängige Lösungen baute das ZSW Direkt-Methanol-Zellen (DMFC), die geräuscharm und mit geringen Emissionen Strom erzeugen - ohne den Umweg über die Verbrennung. Mit neuen Werkstoffen und weiter entwickelter Systemtechnik können hier zusätzliche Märkte versorgt werden, beispielsweise im Bereich der Notstromversorgung oder der Kraft-Wärme-Kopplung.

Ihre Ergebnisse machen die Forscher dem Fachpublikum und der breiten Öffentlichkeit zugänglich: Im Internet unter www.zsw-bw.de, auf Solar-Messen und mit zahlreichen Ausstellungen informiert das Zentrum die Öffentlichkeit. Wissenschaftliche Publikationen, ein Video-Archiv, Software zur Planung von Blockheizkraftwerken und Veröffentlichungen für interessierte Bürger ergänzen das Angebot. Die Demoversion des Programms "MiniBHKW-Plan" kann unter der Adresse http://www.bhkw-info.de kostenlos herunter geladen werden. Ganz neu ist das "Jahrbuch Erneuerbare Energie 2000" von ZSW-Fachgebietsleiter Frithjof Staiss - unser "Solarbuch des Jahres".

Bilder: ZSW Stuttgart

Das Photovoltaik-Testfeld "Widderstall" war Anlage des Monats im Oktober 2000

 

 

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