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Diplomarbeit |
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Inselsysteme sind autarke
Anlagen von elektrischen Strom, die meistens weit entfernt von Stromnetzen
und sonstigen Energiequellen Ihren eigenen Strom produzieren, speichern
und verbrauchen.
Auf die Vorteile von Inselanlagen bin ich auch schon in der Einleitung
eingegangen. In Bayern werden vor allem Berghütten in der Kombination
von Sonne und Wind mit Strom versorgt. Im Notfall muss immer noch
das altgediente Notstromaggregat, meist ein Dieselmotor, herhalten.
10.1. Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen)
Reine PV-Anlagen werden mit Batterien zu einem sehr wirtschaftlichen
System, wenn kein Netzanschluss in erreichbarer Nähe ist. Die
Amerikaner geben an, dass ein Wohnhaus, das eine viertel Meile vom
Netz entfernt ist, bereits mit einem PV-Inselsystem wirtschaftlich
betrieben werden könnte.
Hierbei muss untersucht werden, wie teuer der Anschluss an das Stromnetz
für das Haus ist. Dabei beachtet werden sollte die Bodenfestigkeit
bei einer unterirdischen Verlegung, und die Machbarkeit einer oberirdischen
Verlegung. Bei WKA wird der laufende Meter für ein 20 KV-Erdkabel
mit 200,- DM berechnet.
Abhängig vom Bedarf des Verbrauchers ist die Anlage zu dimensionieren.
Dabei sollten nur energiesparende Geräte verwendet werden.
Eine elektrisch betriebene Sauna und E-Heizung kann man bei einer
solchen Anlage nur mit sehr hohem finanziellen und unsinnigen Aufwand
verwirklichen.
Anwendungen: Für die öffentliche
Hand sind Inselsysteme sehr interessant, da Sie leicht installiert
und nur wenig gewartet werden müssen. Zudem sind sie in einigen
Fällen, wie unten aufgeführt, kostengünstiger.
Anwendungsgebiete:
Verkehrsleit- und Warnsysteme:
- Verkehrsleitsysteme und Datenübertragung per Funk
- Funkgesteuerte Bedarfsverkehrszeichen
- Wechselverkehrszeichen
- Verkehrszeichenbeleuchtung
- Stauwarneinrichtungen
- Baustellenlampen
- Ampelanlage an Überlandstraße
- Eiswarnanlagen
Mobile netzferne Kommunikation:
- Notrufsäulen (Basis C-Netz) z.B. in Gebirgen, an Baggerseen
- Telefonzellen, Bedarfstelefonzellen
- Werbung (Beleuchtung)
Sonstige netzferne Einsatzgebiete
- dezentrale Wasseraufbereitung (Entkeimung, Reinigung) in kleinen
Einheiten
- dezentrale Abwasser-Entgiftung (Deponien)
- dezentrale Aufbereitung metallkontaminierter Gewässer
- Ladegeräte für Gartengeräte
- Umwälzpumpen (Teich, Heizung)
- Ladekoffer für Elektrowerkzeuge mit Batterien
- Solarkühlgerät für Medikamenetentransport
Notbeleuchtungseinrichtungen und Notwarnsysteme:
- Fluchtzeichenbeleuchtung an Lärmschutzwänden, Freilichtbühnen
etc.
- Fehlerfrühwarnsystem via Funktelefon
- mobile Leuchten (Baustellen)
- Sirenenanlagen (funkgesteuert)
- Warnleuchte an exponierten Stellen (Hochspannungsmast, Schornstein)
Unterbrechungsfreie Stromversorgung:
- Messwerterfassungs- und Datenübertragungssysteme
- Bordinstrumente bei Segelflugzeugen
- Elektronische Fahrpläne im ÖPNV
- Haltestellen Kennzeichnungsbeleuchtung ÖPNV
- Portable Diktiergeräte
Solare Gebäudeeinrichtungen
- Module mit integriertem Schutz- und Diagnosesystem
- Solar geführte und gespeiste Rollos/Jalousien
- Solar-gesteuerte Lamellenfenster
Kosten:
Die Preise für PV-Inselanlagen sind erheblich teurer als die
für netzgekoppelte PV-Anlagen. Der Batteriespeicher ist dabei
nach den Modulen der entscheidende Faktor. Die heutzutage verwendeten
Batterien halten nicht je nach Gebrauch und Wartung nur 4 bis 6
Jahre.
ECOSOLAR bietet einen Inselbausatz mit 378 Wp mit 3 Batterien à
130 Ah für 5.377,- DM an. Man erkennt hier sofort, daß
eine Lösung für ein Wochenendhaus vorliegt, die kaum für
ein EFH mit 3000 kWh/a ausreichen würde.
Um eine Inselanlage für einen 3-Personen Haushalt zu simulieren
wurde das Programm Ashling verwendet. Der Strombedarf eines solchen
Haushalts liegt bei 3000 kWh/a (wenn keine E-Heizung verwendet wird).
Bei einer installierten Leistung von 2940 kWp mußten 50 Batterien
mit je 560 AH aufgestellt werden, um einen Battery Output von 2727
kWh/a zu erzielen. Der Standort der Anlage war Weihenstephan. Bei
einer Installierten Leistung von 3840 kWp bekomme ich einen Battery
Output von 3363 kWh/a.
10.2. PV-H-Anlagen
Das H steht hier für Wasserstoff. Diese Anlagentypen sind in
der Entwicklung und haben noch keine Serienreife erbracht. Wasserstoff
gilt als eine der Schlüsseltechnologien für die Energiewirtschaft,
denn der Kreislauf schließt sich auf eine sehr umweltfreundliche
Art, wenn der dazugehörige Strom aus der Sonnenkraft gewonnen
wird.
Das ganze System steht und fällt mit
der Entwicklung einer geeigneten und billigen Brennstoffzelle. Diese
Brennstoffzelle wandelt Wasserstoff mit Hilfe von Sauerstoff in
Wasser oder einem ähnlichem Folgeprodukt um, so daß Wärme
und/oder elektrischer Strom fließen kann. Bei dem energieautarken
Solarhaus in Freiburg ist eine solche Anlage bereits im Betrieb.
Der ungenutzte Strom in den Sommermonaten wird zur Elektrolyse von
Wasserstoff und Sauerstoff genutzt. Die Gase werden anschließend
getrennt voneinander in einem Speicher gelagert, um im Winter, wenn
das Sonnenangebot nicht mehr für die Energiebedarfsdeckung
ausreicht, als Energiequelle für Wärme und Strom zur Verfügung
zu stehen. Zuerst muß also der Wasserstoff von dem Sauerstoff
getrennt werden. Dies geschieht mit Hilfe der Elektrolyse:
Danach kann man nach Belieben wieder die
zwei Gase zueinander führen und erhält elektrischen Strom
und Wärme. Als "Abfall" entsteht nur Wasser, was
wieder für eine Elektrolyse zur Verfügung steht. Der Kreislauf
ist geschlossen.
Da der Wirkungsgrad einer solchen
Anlage leider noch nicht sehr hoch ist, sind solche Anlagen noch
nicht wirtschaftlich. Ein Flußdiagramm stellt klar, wieviel
von der Sonnenenergie am Schluß nur noch übrig ist, um
an den Verbraucher weitergeleitet zu werden.
Laut Angaben aus Neunburg vorm Wald gelten
folgende Zahlen: Eine kWh aus Solarstrom wird mit 2,- DM angenommen.
Der Damit gewonnene Wasserstoff würde im günstigsten Fall
3,- DM/kWh kosten (Anmerkung: bei 0,6 DM/kWh des Solarstroms (Toledo)
würde die kWh Wasserstoff also 1,6 DM/kWh kosten). Es wird
hier weiter angegeben, daß die Solarstromkosten in den nächsten
10-20 Jahren (!) halbiert werden könnten. Der Prospekt ist
1993 gedruckt worden. Bereits heute kostet Solarstrom aus einer
1 MWp Anlage in Toledo um die 60 Pf/kWh. Weiter wird angegeben,
daß selbst durch diese Halbierung der umgerechnete Ölpreis
15,- DM je Liter kosten würde.
10.2. Wind-Anlagen
Wind Anlagen als Inselsysteme sind normalerweise wirtschaftlicher
als reine PV-Anlagen, nur sind Sie nicht sehr leise, und nicht immer
ist ein guter Standort vorhanden. Dabei muß man beachten,
daß kleine Windräder ca. 4.000,- (0,75 kW) bis 7.500,-
DM (1,5 kW) kosten. Dazu kommen noch die Kosten für die Montage,
Batterien mit Laderegler und eventuellen Wechselrichter. Die Montage
ist schwer zu schätzen, da das Fundament der WKA hier ausschlaggebend
sein kann. Manchmal reicht es einfach aus die WKA mit Seilen abzuspannen,
manchmal muß ein Stahlbetonfundament errichtet werden.
10.3. PV-Wind-Anlagen
Eine Kombination von Sonne und Wind zur autarken Stromversorgung
ist heute der Standard geworden. Reine PV-Anlagen sind mit Ihrem
dazu notwendigen großen Batteriespeicher zu teuer, und reine,
große WKA müßten Ihren Strom durch Elektrolyse
in Form von Wasserstoff und einer Brennstoffzelle (die noch in der
Entwicklungsphase ist) speichern, da sonst zuviel Strom produziert
wird.
Eine Kombination von Sonne und Wind hat auch den Vorteil, daß
bei Sonnenschein meistens kein Wind vorhanden ist, während
bei schlechten Tagen immer ein bißchen Wind geht. Der Speicher
für die Energie muß darum bei einer solchen Anlage nicht
so groß wie bei einer reine PV-Anlage sein.
Beispielanlage Meilerhütte:
Energieversorgung geplant von Ingenieurbüro Berger aus Starnberg
Abbildung 10-6 zeigt die Meilerhütte,
links 4 + 12 PV-Module, rechts erkennt man noch die Sonnenkollektoren:
Die Windräder werden im Winter, wenn die Hütte nicht
mehr bewirtschaftet wird, abmontiert, da man sonst Eisschäden
an den Anlagen bekommt. |
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Abbildung 10-8 zeigt eines der drei kleinen
Windräder um die Meilerhütte |
| Abbildung 10-7 zeigt den
Batterieblock |
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Abbildung 10-9 zeigt zwei Windräder
oberhalb der Meilerhütte, dahinter eine Meßstation |
Leider konnten die Kosten für eine
solche Anlage nicht mehr in Erfahrung gebracht werden. Wer dennoch
Interesse an diesem Konzept der Meilerhütte hat, soll sich
an Herrn Berger in Starnberg wenden, der diese Anlage konzipiert
hat.
10.5. Simulationsprogramme: INSEL
Umfangreiches Programm zur Simulation verschiedenster erneuerbarer
Energiesysteme.
Computer System: MS-Windows 3.1.
Sprache: Englisch.
Kontakt: Jürgen Schuhmacher, Carl von Ossietzky Universität
Oldenburg, FB Physik, Postfach 2503 D-26111 Oldenburg
Ashling:
Auch das Simulationsprogramm Ashling (siehe Kapitel 5) eignet sich
als Simulationsprogramm für eine Inselanlage.
10.6 Energie-Projekt Berg
Keine Inanspruchnahme von öffentlichen Fördergeldern.
Von Siegfried Genz privat errichtet. Die eigene Firma GNT betreibt
u.a. Forschung für eine Brennstoffzelle.
Da leider schlechte Erfahrungen mit der
Herausgabe von Daten gemacht wurden, gibt der Betreiber keine weiteren
Daten heraus, so daß keine wirtschaftliche Betrachtung möglich
ist ( bis auf Ausnahme der WKA, wo nur mündliche Auskünfte
erteilt werden konnten).
Thermosolaranlage:
Vakuum-Röhrenkollektoren auf einer Fläche von 190.41 m2
, sichtbare Absorberfläche 98 m2 , durch Parabolreflektor 118
m2 , Wirkungsgrad 59 %, Aufstellwinkel 60°, Energieertrag 70
MWh/a, Deckungsrate 50% (Raumheizung, Schwimmbad und Brauchwasser).
Photovoltaikanlage:
450 Solarmodule Monokristallin, 52 Wp pro Modul, 60° Neigung,
24 KWp, Montagefläche 202,7 m2 , aktive Generatorfläche
162 m2 , 108 Bleibatterien Plattenbauweise in Serie, 550 Ah Nennkapazität,
Netzanschluß, Leistung ca. 12 000 KWh/a
Blockheizkraftwerk:
Schadstoffarmer Dreizylinder-Dieselmotor, Leistung 22,5 KW, Treibstoffverbrauch
bei Nennlast 8 l/h, Nutzbare Wärmeabgabe bei Nennlast 53 KW,
Gesamtwirkungsgrad 93%
Windkraftanlage:
Enercon 30, Nennleistung 200 KW
Nachteile hier am Standort Berg:
- Mittlere Windgeschwindigkeit nur 2,5 - 3m/s in 10m Höhe
- Nabenhöhe nur 30m statt 50m als Auflage von der Gemeinde
Berg, wegen Aufkirchner
Kirchturm.
- Netzanschluß nur mit 120 KW, da Trafostation zu klein ist
(Mehrkosten sonst 100 000 DM)
- In der Nacht Drosselung der Anlage wegen Schallschutz è
nur 45-50 KW möglich
- Große Schwierigkeiten mit den Anwohnern (Wertminderung der
Grundstücke, Schattenwurf der
Rotorblätter, Sonnenreflexionen der Rotorblätter,
Schallemissionen)
- Ertrag ca. 80 000 KWh/a: Nicht wirtschaftlich bei ca. 400 000
DM Investitionskosten
(Verzinsung + AVA mit ca. 8% = 32.000,- DM/a,
Ertrag ca. 80.000,- kWh * 0,19 = 15.200,- DM/a)
Abbildung 10.6-2 zeigt die WKA
in Berg
von Starnberg aus gesehen:
Hinter der WKA die Benediktenwand.
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