Bild mit Solar Panels, Windräder und Wasserkraftwerk
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15.08.2018 Fachinformation 306 0

Mehr Energie für alle

Rekordjahr im Hinblick auf die Erzeugung erneuerbarer Energie.

IEC-Logo

Von Catherine Bischofberger

Dank technologischer Durchbrüche sinken die Kosten für erneuerbare Energien; gleichzeitig testen Fachleute sowohl in Industrie- als auch in Entwicklungsländern Niederspannungs-Gleichstromnetze (LVDC).

Auf der Sonnenseite

Laut dem Bericht Global Status Report 2018 der internationalen Non-Profit-Organisation REN21, die im Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) in Paris ansässig ist, war 2017 mit der bislang größten Zunahme an erneuerbarer Leistungskapazität ein weiteres Rekordjahr im Hinblick auf erneuerbare Energien.

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Die Bedeutung photovoltaischer Solartechnologie für die Stromerzeugung nimmt immer mehr zu. Niedrigere Preise aufgrund einer erhöhten Produktionskapazität, neue Technologien und Durchbrüche im Hinblick auf Effizienz sind die Hauptgründe für die vermehrte Nutzung photovoltaischer Solaranlagen auf der ganzen Welt. PERC-Technologie (Zelle mit passivierter Emissionselektrode und Rückseite) ist für modulare Fertigungslinien mittlerweile Standard. Bei dieser Technologie werden Lichtstrahlen wieder in den hinteren Teil der Solarzelle reflektiert, wodurch die Gesamtenergieeffizienz des Produkts gesteigert und seine Leistung in lichtschwachen Umgebungen verbessert wird. Mehrere Forschungsprojekte konzentrieren sich auf Perowskit, eine strukturierte Kristallverbindung, da sie Licht wirksamer reflektiert als kristallines Silizium.

Das IEC Technical Committee (TC) 82 erarbeitet internationale Normen für die Umwandlung von photovoltaischer Solarenergie in elektrische Energie. Das TC bringt mehrere bahnbrechende Publikationen heraus, die den Weg für die Nutzung von photovoltaischen Solaranlagen, auch in Entwicklungsländern, geebnet haben. Eine dieser Publikationen ist die IEC 62257-Spezifikationenreihe mit Empfehlungen für kleine erneuerbare und Hybridsysteme für die Stromversorgung im ländlichen Raum. Die Bedeutung dieser technischen Spezifikationen (TS) wurde von der Weltbank und der Organisation der Vereinten Nationen für industrielle Entwicklung (UNIDO) anerkannt. Die IEC hat eine kooperative Vereinbarung mit diesen Organisationen getroffen, um Entwicklungsländern Zugang zu wichtigen technischen Dokumenten zu bieten, die Teil der IEC TS 62257-Reihe sind. Die Publikationen bieten Projektdurchführenden Informationen darüber, wie sie aus den auf ihren Märkten vor Ort verfügbaren Produkten das beste auswählen, und welche Qualitätsprüfungen für spezifische Marktbedingungen am geeignetsten sind, sowie Informationen zu technischen und wirtschaftlichen Aspekten der Energieprodukte und -systeme. Die Anwendung und Nutzung international anerkannter Normen und technischen Spezifikationen trägt zudem dazu bei, sicherzustellen, dass Produktkomponenten ordnungsgemäß zusammen funktionieren und Unternehmen im netzfernen Bereich zuverlässige Produkte und Systeme liefern können.

Der Reihe nach

Auf gebündelter solarthermischer Energie (CSP) basierende Technologien nutzen reflektierendes Material, das die Sonnenwärme zum Antrieb von Dampf- oder Gasturbinen bündelt, die wiederum Elektrizität erzeugen. CSP kommt in der wachsenden Zahl an Sonnenwärmekraftwerken zum Einsatz, die weltweit errichtet werden. Laut Bericht der REN21 wurde 2017 neue Sonnenwärmeelektrizität in das Netz von Südafrika eingespeist und auch in anderen sonnenreichen Ländern werden mehrere Kraftwerke errichtet. Die meisten neuen Sonnenwärmekraftwerke können tagsüber Sonnenwärme speichern und diese nachts in Elektrizität umwandeln; sie stellen damit eine berechenbare und zuverlässige Energiequelle dar.

IEC TC 117: „Solar thermal electric plants“ hat seine ersten drei Publikationen bezüglich CSP veröffentlicht: IEC TS 62862-1-1,IEC TS 62862-1-2 und IEC TS 62862-1-3. „Für die Finanzierung von Projekten bedarf es einer zuverlässigen, umfassenden und eindeutigen Berechnung der zukünftigen Energieerzeugung für die gesamte Lebensdauer von Anlagen. Mit einer präzisen Simulation und Vorhersage des Ertrags auf Grundlage meteorologischer Datensätze ist eine solche Berechnung möglich. Die neu herausgegebenen technischen Spezifikationen behandeln die Frage, wie solche Datensätze zu erstellen sind“, erklärt Werner Platzer, Vorsitzender des IEC TC 117.

Die Kraft des Wassers

Wasserkraft ist auch weiterhin die weltweit wichtigste erneuerbare Quelle für die Stromerzeugung. Laut Bericht der REN21 ist 2017 die Stromerzeugung sowohl aus Wasserkraft als auch aus der weltweiten Pumpspeicherkapazität (beide werden im Bericht einzeln behandelt) schätzungsweise um 2 % gestiegen.

Im Rahmen von Pumpspeicherprojekten wird Energie erzeugt und gespeichert, indem Wasser zwischen zwei Tanks auf unterschiedlichen Höhen bewegt wird. Bei dieser Art der Speicherung kann überschüssige Energie aus dem Netz genutzt werden, indem die von Wind- oder Solaranlagen erzeugte überschüssige Elektrizität zum Pumpen des Wassers in die Tanks verwendet wird. Die Tanks speichern das Wasser, wenn der Elektrizitätsbedarf niedrig ist, und geben es in Nachfrage-Spitzenzeiten ab; so können sie die diskontinuierliche Stromerzeugung aus Wind- oder Solarenergie ausgleichen.

Ein Beispiel für ein neues Wasserkraftwerk mit Pumpspeicherung ist das aufgerüstete Kraftwerk in Veytaux in der Nähe von Montreux am Genfer See in der Schweiz, das über eine installierte Kapazität von 480 MW verfügt. Etwa ein Achtel dieser Kapazität wird in Reserve gehalten, der Rest wird für die Energieerzeugung genutzt. Mit dem vom Labor für Hydraulikmaschinen der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL-LMH) geleiteten Forschungsprojekt HYPERBOLE soll die Leistungsfähigkeit von Wasserkraftwerken erhöht werden. Das EPFL-LMH ist mit drei universellen Typprüfständen ausgerüstet, die der vom IEC TC 4 herausgebrachten Norm IEC 60193: „Hydraulikturbinen“ entsprechen.

LVDC in der Erprobung

LVDC stellt eine neue Art der Energieübertragung dar, die sich stark vom klassischen zentralen Modell der Stromverteilung über Wechselstrom unterscheidet. Beim zentralen System wird die Elektrizität in großen Versorgungsanlagen erzeugt und dann über ein Netz aus Hochspannungs-Freileitungen an Stationen transportiert. Dort wird sie in niedrigere Spannungen umgewandelt, bevor sie an die einzelnen Haushalte verteilt wird. Mit LVDC findet die Stromerzeugung in der Nähe des entsprechenden Stromverbrauchs statt. Der Einsatz von LVDC kann den Zugang zu Strom für abgelegene und ländliche Gegenden vereinfachen. In Indien sind mehrere LVDC-Projekte angelaufen; dort gilt diese Technologie als eine Lösung für die Stromversorgung von Millionen von Haushalten, die noch immer nur begrenzten und diskontinuierlichen Zugang zu Strom haben.

Immer mehr Fachleute sehen LVDC zudem als eine energieeffiziente Option für Industrieländer. Mittlerweile nutzen die meisten Geräte in Heimen und Gebäuden, von Mobiltelefonen bis hin zu LED-Lichtern, Gleichstrom, und erneuerbare Energiequellen wie Wind oder Sonne bringen Gleichstrom. Das Gleichstromnetz minimiert den Energieverlust, der aus der Umwandlung von Wechselstrom zu Gleichstrom resultiert. Aufgrund der Energieeffizienz von LVDC-Systemen wurden diese bereits mehrfach erprobt. Eines der am weitesten fortgeschrittenen Erprobungsprojekte ist das finnische LVDC-RULES-Projekt, das von der Technischen Universität Lappeenranta (LUT) geleitet und von der Finnish Funding Agency for Technology and Innovation finanziert wird.

„Das Projekt LVDC-RULES hat vollständige Spezifikationen für LVDC-Einrichtungen zusammengestellt, die für die öffentliche Stromverteilung, insbesondere in nordischer Umgebung, optimiert sind“, so Tero Kaipia, einer der an diesem Projekt beteiligten LUT-Forscher. Kaipia betont auch die Notwendigkeit von Normen: „Normung auf System- und Einrichtungsebene ist eine grundlegende Voraussetzung für eine umfassende Einführung von LVDC in Finnland. Ohne Normen wird es schwierig, Anlagen unter Verwendung von Bauteilen unterschiedlicher Hersteller zu errichten. Und vor allem werden die Netzunternehmen keine LVDC-Anlagen erwerben, wenn keine zertifizierten Bauteile und genormten Entwurfsrichtlinien vorhanden sind.“

Die IEC ist bemüht, die Vorteile von LVDC zur Geltung zu bringen und bei der Festlegung und Ratifizierung dieser neuen Normen behilflich zu sein. Es wurde ein System-Komitee, das SyC LVDC ins Leben gerufen, das Lücken ermittelt, die mit internationalen Normen geschlossen werden müssen. Das Komitee hilft außerdem bei der Koordinierung der Arbeiten der verschiedenen an diesem Thema beteiligten TCs.

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