Solarmodul in Madagascar
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14.09.2020 Fachinformation

Zugang zu Elektrizität für alle

Bezahlbare und saubere Energie – ein hohes Gut, über das mehr als 800 Millionen Menschen nicht verfügen. Internationale Normen und Standards für Lithium-Ionen-Akkus, Mini-PV-Anlagen und Microgrids liefern einen nicht unwesentlichen Beitrag, um dieses Problem langfristig zu lösen.

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Von Catherine Bischofberger

Nach Angaben der Vereinten Nationen (UN) haben 840 Millionen Menschen auf der Welt immer noch keinen Zugang zu Elektrizität, und die meisten dieser Menschen – rund 580 Millionen – leben in Subsahara-Afrika.

Das Ziel vom Sustainable Development Goal (SDG) 7, eines der 17 UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung, besteht darin, bis zum Jahr 2030 den Zugang zu erschwinglicher, zuverlässiger, nachhaltiger und moderner Energie für alle Menschen sicherzustellen.

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Alexander Nollau
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Die Erreichung dieses Ziels ist von zentraler Bedeutung, da es eine Schlüsselrolle bei der Sicherstellung zur Umsetzung anderer SDG spielen wird. Zum Beispiel ist SDG 4, das eine inklusive, gleichberechtigte und hochwertige Bildung sicherstellen und lebenslanges Lernen für alle fördern soll, darauf angewiesen, dass die Menschen Zugang zu erschwinglicher und zuverlässiger Stromversorgung haben.

Die UN haben die Stromversorgung als Grundpfeiler für die wirtschaftliche Entwicklung erkannt, indem sie die Bemühungen zur Armuts- und Hungerbekämpfung erleichtern, die Gesundheitsversorgung und Bildung verbessern und die Stellung von Frauen stärken. Laut der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) legen Schätzungen nahe, dass bei einem Fortbestehen des aktuellen Szenarios bis 2040 rund 600 Millionen Menschen auf der Welt immer noch keinen Zugang zu Elektrizität haben werden.

Um dies zu verhindern, liegt der Schwerpunkt weitgehend auf netzunabhängigen Lösungen für erneuerbare Energien, die mit Hilfe der internationalen IEC-Normen den Menschen an Orten ohne Stromversorgung einen relativ schnellen Zugang zu Elektrizität ermöglichen können. Die IEA schätzt, dass 70 Prozent der ländlichen Gebiete, in denen derzeit keine Stromversorgung vorhanden ist, über ein Mini-Stromnetz oder netzunabhängige Lösungen angebunden werden müssen, um das Ziel des allgemeinen Zugangs zu Stromversorgung zu erreichen.

Über 1.000 IEC-Normen erleichtern die Energieerzeugung, -übertragung und -verteilung sowie den Zugang zu Energie. Mehrere dieser Veröffentlichungen werden speziell für netzunabhängige Technologien verwendet, die erneuerbare Energien auf verschiedene Weise nutzbar machen. Netzunabhängige Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonne, Wind oder Wasser hilft der Bevölkerung ebenso, die Verwendung von umweltschädlichen Dieselgeneratoren und potenziell gesundheitsschädlichen Kerosinlampen zu reduzieren.

Lösungen reichen von Pico-Solarlampen, die es den Menschen ermöglichen, ihre Geschäfte auch abends geöffnet zu halten und die Kinder nach Einbruch der Dunkelheit ihre Hausaufgaben erledigen zu lassen, bis hin zu größeren Anlagen, die ganze Gemeinden mit Licht, Zugang zu Kühlanlagen für Lebensmittel und Wasser zum Trinken oder zur Bewässerung der Felder versorgen.

Der Zugang zu Elektrizität trägt auf diese Weise zur Umsetzung mehrerer anderer Nachhaltigkeitsziele bei, insbesondere SDG 2, das darauf abzielt, den Hunger zu beenden, Ernährungssicherheit zu erreichen, eine verbesserte Ernährung sicherzustellen und eine nachhaltige Landwirtschaft zu fördern.


Vereinte Nationen: 17 Ziele für eine nachhaltige Entwicklung

Die Nachhaltigskeitsziele der Vereinten Nationen (UN) sind ein Aufruf an alle Länder, den Wohlstand zu fördern und gleichzeitig den Planeten zu schützen.

Die Sustainable Development Goals (SDGs) erkennen an, dass die Beendigung der Armut Hand in Hand gehen muss mit Strategien, die das Wirtschaftswachstum fördern und eine Reihe sozialer Bedürfnisse abdecken. Hierzu gehören Bildung, Gesundheit, Sozialschutz und Beschäftigungsmöglichkeiten. Gleichzeitig müssen Klimawandel und Umweltschutz angegangen werden.

Mehr Informationen: https://sustainabledevelopment.un.org/


Kompakt, aber äußerst nützlich

Pico-Solarsysteme (SPS) verwenden kompakte und leichte Solarmodule, um genügend Elektrizität zu erzeugen, um energiearme Objekte wie zum Beispiel Leuchtdiodenlampen (LED) oder Mobiltelefone zu betreiben. Die grundlegendste dieser SPS ist eine Pico-Solarlaterne, die aus drei Komponenten besteht: einem Solarmodul, einer wiederaufladbaren Batterie und einer Lampe.

Während die meisten der für diese Systeme verwendeten Batterien immer noch Bleisäure enthalten, sind Lithium-Ionen-Batterien auf dem Vormarsch. Sie wiegen deutlich weniger als ihre Pendants mit Bleisäure und weisen bei gleichem Gewicht eine wesentlich höhere Energiedichte auf. Das bedeutet, dass sie länger halten und energieeffizienter sind.

Das Technische Komitee (TC) 21 der IEC (Spiegelgremium: DKE/K 371) bereitet Betriebsverhaltens- und Sicherheitsnormen für Sekundärzellen und -batterien wie Blei-Säure-, Nickel-Metallhydrid- oder Lithium-Ionen-Batterien vor. Dies ist deshalb wichtig, da Wärme ein Faktor für das Betriebsverhalten von Batterien ist – je höher die Wärme, desto geringer die Lebensdauer der Batterie. Darüber hinaus veröffentlicht es eine zentrale Norm für netzunabhängige Speichersysteme: IEC 61427-1 legt allgemeine Anforderungen und Prüfverfahren für netzunabhängige Anwendungen und mit PV-Modulen erzeugte Elektrizität fest.

IEC TC 82 (Spiegelgremium: DKE/K 373) entwickelt internationale PV-Normen für die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Es veröffentlicht eine Reihe von technischen Spezifikationen (TS), die Empfehlungen für kleine erneuerbare Hybridsysteme für die Elektrifizierung ländlicher Gebiete enthalten. Die Normenreihe IEC 62257 ist von der Weltbank und der Organisation der Vereinten Nationen für industrielle Entwicklung (UNIDO) anerkannt. Auch SPS werden von diesen Normen behandelt.


electric vehicle Li-Ion battery concept
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Lithium-Ionen-Akkus: Kompendium und Praxisleitfaden für Hersteller, Entwickler und Anwender

Lithium-Ionen-Akkus verfügen über zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten – von tragbaren Geräten über die Elektromobilität bis hin zu stationären Heimspeichern. Der entscheidende Vorteil gegenüber anderen Akkus: eine deutlich höhere Energiedichte. Li-Ionen-Akkus sind allerdings nicht ganz unproblematisch.

Das Kompendium von VDE DKE sowie eine Risikoeinschätzung für Lithium-Ionen Speichermedien bieten allen Interessierten einen guten Einstieg in dieses Thema.

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„Lighting Global“-Programm

IEC TS 62257-9-5 enthält Prüfverfahren, die zur Bewertung von netzunabhängigen Solarprodukten für Solarmodule bis 350 Watt verwendet werden. Diese Verfahren wurden 2008 im Rahmen des gemeinsamen Programms „Lighting Africa“ entwickelt, an dem sowohl öffentliche und private Organisationen als auch die Wissenschaft unter der Schirmherrschaft der Internationalen Finance Corporation (IFC) und der Weltbank beteiligt waren. Es kombiniert Qualitätsstandards mit Konformitätsbewertungsaktivitäten, die gewährleisten, dass die Produkte zuverlässig und sicher sind. Das Programm begann mit Pilotprojekten in Kenia und Ghana. Im Jahr 2013 wurde das Programm „Lighting Asia“ ins Leben gerufen. Seitdem wurde es erweitert und wird nun als „Lighting Global“ in Afrika, Asien, den südpazifischen Inseln und Lateinamerika umgesetzt.

„IEC TS 62257-9-5 wird regelmäßig überarbeitet, wobei 2016 und 2018 neue Ausgaben veröffentlicht wurden. Bis Ende 2019 sind weltweit fast 42 Millionen Produkte verkauft worden, die die Qualitätskriterien von „Lighting Global“ erfüllen, die auf Prüfungen nach IEC TS 622257-9-5 basieren und von denen circa 52,4 Millionen Menschen profitieren“, erklärt Arne Jacobson, der sich mit Leon Drotsche den Vorsitz der Joint Working Group teilt, die die Normen erarbeitet. Das TC ist im Begriff, eine ergänzende TS zu dieser Veröffentlichung (IEC 62257-9-8) herauszugeben, die die Bedingungen festlegt, die erfüllt werden müssen, damit die in IEC 62257-9-5 beschriebenen Prüfverfahren bestanden werden.

SPS eignet sich für verschiedene Lichttechniken. In der Vergangenheit verwendeten sie Kompaktleuchtstofflampen (CFL). In den letzten Jahren hat die LED-Technologie jedoch die CFL-Technologie sowohl in Bezug auf die Haltbarkeit (Leuchtstunden) als auch die Lichteffizienz (Lumen/Watt) überholt. IEC TC 34 (Spiegelgremium: DKE/K 521) hat Betriebsverhaltens- und Sicherheitsnormen veröffentlicht, die sich sowohl mit CFL- als auch mit LED-Leuchten befassen, zum Beispiel IEC 62031, eine wichtige Sicherheitsnorm für LEDs.


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Mini-Stromnetze für größere Systeme

Die IEA schätzt, dass bis 2040 etwa 140 Millionen der voraussichtlich 315 Millionen Menschen, die in ländlichen Gebieten Afrikas leben, mit Hilfe von 100.000 bis 200.000 Mini-Stromnetzen Zugang zu Elektrizität erhalten werden.

Ein Mini-Stromnetz kann durch Generatoren, Batterien und/oder erneuerbare Quellen wie Sonnenkollektoren oder Windturbinen betrieben werden. Da der Preis für Photovoltaik-Anlagen gesunken ist, verlieren Dieselgeneratoren allmählich an Beliebtheit, da sie mit umweltschädlichem Brennstoff betrieben werden. Sie bleiben jedoch eine Ersatzlösung für viele netzunabhängige Stromnetze auf dem Kontinent. Allerdings werden mehrere neue Projekte mit Mini-Stromnetzen in ganz Subsahara-Afrika jetzt mit einer Kombination aus Sonnen-, Wasser- oder Windenergie und Energiespeicherung in Batterien betrieben.

In Ghana beispielsweise treibt das Energieministerium den netzunabhängigen Ausbau des Stromnetzes weiter voran, indem es Partnerschaften mit anderen öffentlichen Einrichtungen und Versorgungsunternehmen wie der ghanaischen Energiekommission und der Volta River Authority (VRA) aufbaut. Die VRA realisiert fünf Projekte mit Mini-Stromnetzen an isolierten See- und Inselgemeinden entlang des Voltasees.

Die IEC unterstützt mit den entsprechenden Normen. IEC TC 8 entwickelt Normen, die die Gestaltung und Verwaltung von dezentralen Energiequellen (DER), einschließlich Mikronetzen, festlegen. IEC TC 57 bereitet einen technischen Bericht, TR 61850-90-23, in Zusammenarbeit mit TC 8 / Unterkomitee 8B vor. Er ergänzt die Norm IEC 61850-7-420, die sich mit der Integration von DER in das Stromnetz befasst.


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