Im Sommer hat das KIT einen 1-Megawatt-Solarpark mit mehreren
Speichersystemen auf dem Campus Nord eingeweiht.
Hier arbeiten Solarzellen, Batterien und Wechselrichter zusammen, um
Sonnenstrom zu speichern und jederzeit verfügbar zu machen.
Die Forscher gehen dabei der Frage nach dem bestmöglichen
Zusammenspiel der drei Komponenten nach.
Ziel ist es, einen flächendeckenden Ausgleich von Stromerzeugung und
Bedarf zu erreichen.
Denn nur so kann die Energiewende gelingen.
Ein Baustein zum Erreichen dieses Ziels sind beispielsweise neuartige
Prognose und Regelungsverfahren, die die Batterien steuern.
Dank ihnen kann die Erzeugungsspitze am Mittag eliminiert werden und
der Strom bei Bedarf abends, nachts oder morgens abgegeben werden.
Neben dem Forschungszweck bietet der Solarspeicherpark außerdem noch
den positiven Nebeneffekt, dass der Strom zu 100 Prozent vom
Forschungsinstitut selbst verbraucht wird.
Katrin Kreußel hat sich mit dem Projektleiter des KIT, Olaf
Wollersheim, am Campus Nord getroffen.
Auf der Glasfläche von 102 einzelnen Solarfeldern glitzert die Sonne.
Die Teilanlagen fangen die Strahlen aller aus unterschiedlichen
Himmelsrichtungen ein.
Gegenüber der Erdoberfläche zeigt jedes Solarfeld eine andere Neigung.
Manche liegen relativ flach, andere steil.
Der Physiker Olaf Wollersheim vom Kompetenz-i-Projekt am KIT erklärt
mir, warum.
Damit erforschen wir, wie sich diese unterschiedlichen Ausrichtungen
auf den Ertrag und die Leistung dieser Module auswirken.
Denn man kann zwar theoretisch ausrechnen, wie viel Strahlungsenergie
ein Modul in Strom umwandeln kann, wenn es eine bestimmte Neigung hat
und eine bestimmte Ausrichtung gegenüber der Sonne.
In der Praxis gibt es dann aber eine Reihe von zusätzlichen Effekten,
die diese theoretische Vorhersage ändern können.
Ein Beispiel ist die diffuse Strahlung.
Wenn ein Modul fast flach liegt, dann sammelt es von allen Seiten des
Himmels die an den Wolken gestreute Strahlung auf und hat dadurch
einen relativ hohen Ertrag bei bewölktem Himmel.
Unter Umständen ist es dann günstiger, wenn man viele Wolken hat, in
einer bestimmten Gegend, die Module etwas flacher zu legen, als wenn
der Himmel immer wolkenlos ist.
Die Solarmodule bieten dummerweise aber auch ein sonniges Plätzchen
für Algen und so manche andere Einzeller.
Gemeinsam mit der Bundesanstalt für Materialforschung in Berlin
untersuchen die KIT-Forscher deshalb außerdem, welche Biofilme sich
auf den Photovoltaikanlagen ansammeln und bei welcher Neigung die
Solarmodule am besten vom Regen gereinigt werden.
Da stellt sich doch die Frage, wären die Probleme nicht gelöst, wenn
man einfach bewegliche Solaranlagen bauen würde?
Es gibt bereits Unternehmen, die das mit Elektromotoren und
Strahlungssensoren ausprobieren.
Nachgeführte Modulmontierungen nennt man das.
Die Elektromotoren fahren das Modul ständig in Position, sodass es
immer genau zur Sonne guckt.
Klingt eigentlich nicht schlecht, doch die Sache hat einen Haken, wie
Olaf Wollersheim erklärt.
Das Problem ist, dass der Mehrertrag, den man damit erzeugt gegenüber
einem starr montierten Modul, der ist nicht so hoch, als dass man aus
dieser Differenz dann die relativ teure Mechanik bezahlen könnte, die
das Modul dann ständig der Sonne nachführt.
Also die Idee ist im Prinzip prima, klappt auch alles technisch,
wissenschaftlich, alles wunderbar, aber es scheitert am Ende an der
fehlenden Wirtschaftlichkeit.
Im Solarpark des KIT wird die Wechselwirkung zwischen Solarmodulen,
Wechselrichtern und Batterien getestet.
Wechselrichter verwandeln den Gleichstrom, den das Solarmodul
produziert, in Wechselstrom.
Dieser kann dann von Batterien gespeichert werden.
Welche Systemkonfiguration die günstigste ist, das will man am KIT
herausfinden.
Also man sieht auf immer mehr Flachdächern eine Montierung der Module
in Ost- und Westausrichtung.
Das hat den großen Vorteil, dass man damit die Energie, die man
erntet, über den Tag gleichmäßiger verteilt.
Also man hat nicht mehr diesen einen hohen Mittagspeak, wie bei den
südausgerichteten Anlagen, die genau zur Mittagszeit die meiste
Energie produzieren, sondern man hat auch am Vormittag und am
Nachmittag noch höhere Energiemengen, die meinetwegen dem Haushalt zur
Verfügung stehen.
Was jetzt neu hinzukommt, ist, dass dieser Strom auch
zwischengespeichert werden kann in einer Batterie.
Und in dem Moment, wo eine Batterie dazukommt, wird alles viel, viel
komplizierter, weil man dann in jedem Moment entscheiden muss, soll
die Energie über den Wechselrichter direkt ins Netz gehen oder kann
man sie in der Batterie zwischenspeichern.
Das kann man nur dann tun, wenn die Batterie nicht schon voll ist.
Das heißt, da muss man irgendwo eine Elektronik haben, ein
Steuerungsprogramm, das in jedem Moment darüber entscheidet, wie
sollen die Energieflüsse verteilt werden.
Und da beschäftigt sich eine ganze Arbeitsgruppe bei uns damit, nur
solche Algorithmen zu programmieren, die letztlich darüber
entscheiden, wie die Batterie genau betrieben wird in diesem System.
Und das ist aber für den Anwender, für den Kunden dieser Batterie am
Ende sehr, sehr wichtig, weil das darüber entscheidet, wie lange die
Batterie lebt und wie viel wirtschaftlichen Ertrag sie eben eigentlich
gibt.
Gemeinsam mit zwei Industriepartnern ist die Anlage am KIT aufgebaut
worden.
Der Firma Costal, die im Solarpark ihre neuen Wechselrichter
ausprobiert, und der Firma SolarWatt, die hier ihre Photovoltaik
-Module testet.
Das Besondere an diesen Modulen, nicht nur die Vorderseite, sondern
auch die Unterseite besteht aus Glas.
Das ist ungewöhnlich.
Normalerweise haben Photovoltaik-Module nur oben zur Sonne hin Glas
und unten ist eine Kunststofffolie.
Und durch diese Kunststofffolie kann aber Sauerstoff aus der Luft
diffundieren und dieser Sauerstoff greift dann die eigentlichen
Solarzellen an und führt dann zu einer Alterung des Moduls.
Und SolarWatt ist es gelungen, ein Modul zu bauen, was auch auf der
Unterseite eine dünne Glasschicht hat.
Und damit wird diese Art der Alterung fast vollständig unterdrückt,
sodass SolarWatt dann auch auf diese Module 30 Jahre Garantie gibt,
statt der üblichen 20 Jahre.
Das ist so ein Produkt, das wir da untersuchen im Vergleich dann auch
zu anderen Modulen.
Und bei den Wechselrichtern ist es ganz ähnlich.
Die Firma Costal, die hat einen Wechselrichter, der auch an eine
Batterie angeschlossen werden kann.
Und da wird diese Art von Wechselrichtern dann eben getestet gegen
andere Typen von Wechselrichtern und Wechselrichter von anderen
Herstellern.
1,5 Millionen Euro hat der Solarspeicherpark gekostet.
Aber das Geld wird wohl relativ schnell wieder reinkommen, berichtet
Olaf Wollersheim.
Der Strom, den wir da bei der Forschung erzeugen, der wird natürlich
nicht weggeworfen, sondern der wird im KIT-eigenen Stromnetz sofort
wieder verbraucht, um den Strombedarf der vielen Institute und
Forschungsanlagen zu decken, die sich hier auf dem Gelände befinden.