In Karlsruhe entstehen mehrere Pilotanlagen aus Solarzellen, Kleinwindanlagen, Lithium-Ionen-Batterien und Leistungselektronik. Sie zeigen, wie Lastspitzen ausgeglichen werden können und die regenerative Inselnetz-Stromversorgung in Zukunft aussehen könnte.
„Hochleistungsbatterien auf Lithium-Ionen-Basis können schon heute sinnvoll im Stromnetz eingesetzt werden“, erklärt Dr. Andreas Gutsch, Koordinator des Projekts „Competence E“ am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Als stationäre Speicher können die Batterien Sonnen- oder Windstrom speichern, bis er vom Netz abgerufen wird. „Competence E“ entwickelt dafür mehrere Pilotsysteme aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen mit gekoppelter Lithium-Ionen-Batterie. Die erste Ausbaustufe der modularen Systeme soll bis Ende 2012 auf dem Gelände des Campus Nord des KIT errichtet werden und eine Systemleistung von 50 kW besitzen.
Ein neu entwickelter, getriebeloser Windgenerator, der besonders für Schwachwindgebiete geeignet ist, ergänzt die Stromerzeugung der Photovoltaikanlage vor allem in den Wintermonaten. Das Gesamtsystem der ersten Ausbaustufe kann den Angaben zufolge den Strombedarf eines mittelständischen Gewerbebetriebs ganzjährig decken. Langfristig soll das gewonnene Know-how dazu dienen, sowohl kleinere Speichersysteme für den Privathaushalt als auch größere Systeme für den Industriebedarf zu entwickeln.
Herzstück der stationären Energiespeicher ist neben der Batterie eine angepasste Leistungselektronik, die das Laden und Entladen der Batterie innerhalb von nur zwei Stunden ermöglicht. Somit kann der stationäre Speicher als Zwischenspeicher zum Spitzenlastausgleich eingesetzt werden: In Schwachlastzeiten erfolgt die Einspeisung der Sonnenenergie und des Windstroms in die Batterie, wogegen zu Spitzenlastzeiten die Energie aus der Photovoltaikanlage, dem Windgenerator und der Batterie in das Netz eingespeist wird.
Neben dem Lastmanagement ist die Nachtentladung von wirtschaftlicher Bedeutung für Nutzer: Die Batterie wird nachmittags geladen und bei Dunkelheit bis zum nächsten Morgen entladen, um Elektrogeräte und Licht direkt vor Ort netzunabhängig zu betreiben. „Das Zusammenspiel von Solarzellen, Windgenerator, Speichern und Netz zu regeln, ist die zentrale Herausforderung“, erläutert Gutsch. Bei der Vielzahl der verschiedenen Betriebszustände muss die Systemsteuerung stets sicher und passgenau eingreifen. Nur so kann die Lebenserwartung und Leistungsfähigkeit der Lithium-Ionen-Batterien langfristig gewährleistet werden und damit die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems.
Nach den ersten Funktionstests sollen zusammen mit der Industrie Anwendungssysteme in verschiedenen Leistungsklassen entstehen. Trotz der hohen Kosten für Lithium-Ionen-Batterien kann sich diese Technologie den Angaben zufolge bereits heute lohnen, vor allem in Regionen die keine stabilen Stromnetze haben.
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