Start-up für nachhaltige Solarzellen-Produktion

Solarstrom ist heute die kostengünstigste Energieform weltweit, dazu hat die Forschung wichtige Beiträge geleistet und tut dies weiterhin. Ressourcen schonende Produktionstechnologie ist dabei ein wichtiger Faktor, der neben der Effizienzsteigerung eine immer bedeutendere Rolle spielt. HighLine Technology GmbH ist die jüngste Ausgründung aus dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. 

 

© Highline Technology GmbH

Paralleler Dispensdruckkopf
der Firma HighLine zur
Metallisierung
von Siliciumsolarzellen.

Das in Freiburg angesiedelte Start-up-Unternehmen hat zum Ziel, ein am Institut entwickeltes neues Verfahren zu kommerzialisieren, bei dem die Metallkontakte auf der Solarzellenvorderseite kontaktlos in einem Dispens-Verfahren aufgebracht werden. Dies spart Ressourcen, erhöht die Stromausbeute und hat zudem Kostenreduktionspotenzial. Das Verfahren ist auch auf Produktionsprozesse jenseits der Photovoltaik anwendbar.

Die Kompetenz des jungen Unternehmens HighLine Technology resultiert aus gut zehn Jahren Forschungsarbeit an Dispens-Verfahren für die Metallisierung von Siliciumsolarzellen am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. In diesem Zeitraum wurde ein Multi-Düsen Dispens-Druckkopf entwickelt und zugleich viel Know-how zu Druckpasten und -prozessen gewonnen. Die Dispens-Technologie kann problemlos in herkömmliche Produktionslinien für Siliciumsolarzellen integriert werden und dort den für das Aufbringen der Vorderseiten-Metallkontakte üblichen Siebdruck ersetzen. Der Materialverbrauch von kostenintensivem Silber wird um ca. 20% reduziert, die Kontakte werden dünner und mehr Halbleiterfläche steht dem Sonnenlicht zur Verfügung, was eine Erhöhung der Stromausbeute und somit des Wirkungsgrads um ca. 1% relativ zur Folge hat. Das berührungslose Verfahren verspricht bei der Verwendung dünnerer Siliciumwafer eine geringere Ausschussrate. Zudem ermöglicht das Inline-taugliche Druckverfahren perspektivisch eine deutliche Durchsatzsteigerung gegenüber dem industrieüblichen Siebdruckverfahren. Auch andere Produktionsschritte in der Solarzellenfertigung lassen sich mit dem neuen Verfahren optimieren.

Nachhaltige Solarzellenproduktion – aber nicht nur: »Unser Hauptfokus liegt aktuell auf der Reduktion des Materialverbrauchs in der Photovoltaik-Industrie«, sagt Dr. Maximilian Pospischil, Geschäftsführer und einer der HighLine Technology Gründer und ergänzt: »Wir wollen die am Fraunhofer ISE entwickelte hocheffiziente parallele Dispens-Technologie in den Markt bringen. Dabei arbeiten wir weiterhin eng mit dem Fraunhofer ISE PV-TEC zusammen. Unsere Dispens-Technologie ist allerdings über die PV-Branche hinaus auch für andere industrielle Produktionsverfahren interessant. Dabei begleiten wir die Firmen vom Anlagenbau über die Prozessintegration bis hin zur Anwendung«.

Drucken wie mit der Zahnpastatube: Bei der Dispens-Technologie werden die Materialien in einem kontaktlosen Druckverfahren durch feinste Öffnungen eines hochparallelen Druckkopfs auf die Solarzellenoberfläche gedrückt, ähnlich wie Zahnpasta durch die Tubenöffnung. Allerdings verwenden die PV-Produktionsentwickler Düsendurchmesser, die nur halb so dick sind wie ein  menschliches Haar (ca. 20 µm), wobei viele Düsen parallel arbeiten, um die gewünschten Strukturen unter hohem Durchsatz zu fertigen.

HighLine Technology GmbH erhielt Fördermittel aus dem EXIST-Forschungstransfer des Bundeswirtschaftsministeriums BMWi und ist u.a. auch durch die Fraunhofer Technologie-Transferfond Fonds GmbH – FTTF – finanziert.  

Fraunhofer zeichnet sich nicht nur durch industrienahe Forschung aus, sondern auch  durch den Technologietransfer in Form von Ausgründungen. So sind aus dem Fraunhofer ISE bislang mehr als ein Dutzend Firmen hervorgegangen, die am Institut entwickelte Technologien und Methoden in den Markt bringen.

 Quelle: ise.fraunhofer.de

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Berner Schüler*innen installieren Solaranlage

Im Rahmen einer Solarprojektwoche erlebten Achtklässlerinnen und Achtklässler der Volksschule Munzinger hautnah, wie Photovoltaikanlagen montiert werden. Die Jugendlichen packten gleich selber mit an. In praktischen Workshops setzten sie sich zudem mit weiteren Aspekten zum Thema Sonnenenergie auseinander.

Solarpanels auf dem Schulhausdach anbringen, eine solarbetriebenen Lampe löten und kleine Solarautos kreieren – rund 40 Schülerinnen und Schüler aus Bern kamen vor den Herbstferien in den Genuss einer Projektwoche rund um das Thema Solarenergie. Das Projekt Jugendsolar verschafft Jugendlichen die Möglichkeit, selbst einen Beitrag zur Energiewende zu leisten und sich Wissen über die Solarenergie anzueignen. Dabei wird die Energiezukunft lösungsorientiert diskutiert und lokal und praktisch angegangen.

Im Zentrum der Projektwoche stand der Bau einer kommerziellen Solaranlage, welche von den Oberstufenschülerinnen und -schülern der Volksschule Munzinger unter Anleitung und Aufsicht von Fachleuten errichtet wurde. Die Gesamtfläche der PV-Anlagen beträgt rund 600 Quadratmeter, was ungefähr drei Tennisfeldern entspricht. Gebaut wurde auf den Dächern der beiden Pavillonbauten der Volksschule Marzili.

Die Jugendlichen erhielten durch die Projektwoche einen praxisnahen Einblick in eine Branche, die immer wichtiger wird. In Workshops erlebten sie Ansätze, wie die Energiewende konkret umgesetzt werden kann und konnten sich für nachhaltige Entwicklung sowie hochaktuelle umweltpolitische Themen sensibilisieren. Die Gruppenarbeiten beinhalteten einen Solarparcours mit solarem Kochen, das Erfassen des Solarpotentials, Inputs zu Energiesparen und Energieeffizienz sowie das Diskutieren in der Energiearena.

Instruktionen vom Solarexperten: Die Teilnehmenden der Solarprojektwoche hören aufmerksam zu, wie die Solarpanels montiert werden.

Dabei stiess die ganze Woche bei den Teilnehmenden auf reges Interesse, resümiert Vesna Bechstein, eine der Lehrpersonen der beiden Klassen. Besonders ausserschulische und praxisnahe Lernorte kommen bei den Jugendlichen stets gut an. Denn: „Die Themen Treibhauseffekt und Klimawandel haben wir im Unterricht intensiv behandelt. Wir wollen aber nicht nur davon sprechen, sondern auch etwas Praktisches dagegen tun“, erklärt die Lehrerin und fügt lobend an: „Die Schülerinnen und Schüler sind sensibilisiert, sie fragen nach und sind sehr kritisch.“

Zum Abschluss der Projektwoche fanden für Eltern, Schulbehörden und die Lehrerschaft eine Informationsveranstaltung und die Einweihung der Anlage statt. Dadurch wird auch das Umfeld der Jugendlichen für Solarenergie sensibilisiert und das Potential der Sonne in der Bevölkerung bekannt gemacht. Weil der Erfolg dieser Umwelttechnik unmittelbar sichtbar ist, begeistern solche Bildungsprojekte Menschen jeden Alters.

Auf die Beine gestellt wurde die Solarprojekte von der Organisation “Youth on the Roof”. Solafrica nahm daran teil, um von der langjährigen Erfahrung von Retze Koen, ehemaliger Projektleiter von Jugendsolar by Greenpeace, profitieren zu können.

Quelle: Solafrica

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Höherer Wirkungsgrad bei organischer PV

Die Forschung im Bereich der Organischen Photovoltaik (PV)  arbeitet mit Nachdruck daran, die Wirkungsgrade weiter zu erhöhen. Neue Materialien aus der synthetischen organischen Chemie haben in den letzten Jahren deutliche Steigerungen des Wirkungsgrads ermöglicht. Eine der Herausforderungen ist dabei, die oftmals auf sehr kleinen Laborzellen erzielten Werte auf größere Flächen zu übertragen. Das Fraunhofer ISE verzeichnet jetzt zusammen mit dem Freiburger Materialforschungszentrum FMF der Universität Freiburg mit 14,9% einen Rekordwert für organische Solarzellen mit mindestens 1 cm2 Fläche – ein wichtiger Schritt für die Weiterentwicklung dieser kostengünstigen Technologie hin zu einer breiten Anwendungsreife.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE arbeitet seit vielen Jahren in enger Kooperation mit dem Materialforschungszentrum FMF der Universität Freiburg an organischen Solarzellen und -modulen. Das Ziel ist, zusammen mit Partnern aus der Industrie diese Technologie weiterzuentwickeln und kostengünstig verfügbar zu machen. Deshalb liegt ein Fokus der Forschungsarbeiten darauf, kostengünstige und umweltfreundliche Materialien einzusetzen und ebensolche Prozesse für die Aufskalierung mittels Rolle-zu-Rolle Verfahren zu entwickeln, um dann Solarmodule quasi wie Folien zu produzieren.

Die organische Photovoltaik kann aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften zahlreiche neue Anwendungsfelder erschließen. Organische Solarzellen können ohne Verwendung von Schwermetallen und anderen kritischen Elementen hergestellt werden, haben ein geringes Gewicht, sind mechanisch flexibel, lassen sich sehr gut integrieren, und sie haben auch bei semitransparenter Bauart ein homogenes Erscheinungsbild. Durch Auswahl organischer Halbleiter, die ausschließlich infrarotes Licht absorbieren, können transparente Solarzellen für Fenster und Agrarschutzfolien oder Gewächshausgläser entwickelt werden, die verschiedene Nutzen wie Schutz gegen Unwetter und Überhitzung mit einer relevanten Stromerzeugung verbinden können. Da organische Solarmodule mit sehr geringem Einsatz an Material und Energie hergestellt werden können, haben sie ein sehr hohes CO2-Einsparpotenzial, das durch diese synergetische Nutzung nochmals gesteigert wird. Somit kann die Technologie sowohl einen Beitrag zur Vermeidung als auch zur Anpassung an den Klimawandel leisten, indem sie aufwändige Schutzanlagen in der Landwirtschaft über den Stromertrag refinanziert. Bis zur Produktreife gilt es allerdings noch einige wichtige Entwicklungsschritte erfolgreich zu bestreiten.

Neue Materialien liefern mehr Strom: Im Gegensatz zu anorganischen Solarzellen wie beispielsweise aus kristallinem Silicium besteht die Absorberschicht organischer Solarzellen nicht aus einem Material, sondern aus einem sogenannten Donor/Akzeptor Materialgemisch. Dies ist notwendig, da die Ausbeute an freien Ladungsträgerpaaren sonst zu gering wäre. Nach der Absorption von Photonen kommt es sehr schnell zu einem Ladungsträgertransfer an der Grenzfläche der beiden Materialien. In der Vergangenheit wurden als Akzeptor zumeist Fullerene, also C60-Derivate verwendet. Dabei kam es beim Ladungstransfer in der Regel zu einem erheblichen Energieverlust, der die Spannung der Solarzelle entsprechend reduzierte. Zudem absorbieren Fullerene nur sehr wenig Sonnenlicht, weshalb der Strom hauptsächlich durch die Donorkomponente generiert wurde. Da organische Halbleiter meist nur in einem bestimmten Wellenlängenbereich absorbieren, konnte dadurch das Sonnenspektrum nicht gut genug ausgenutzt werden. 

 

Diese beiden Limitierungen konnten durch Materialinnovationen überwunden werden. Inzwischen werden als Akzeptor Moleküle verwendet, die den Donormaterialien deutlich ähnlicher sind und deren optische und elektrische Eigenschaften durch Modifikation der chemischen Struktur besser angepasst werden können. Dadurch, dass die neuen Akzeptoren nun selbst starke Absorber sind, konnte der Strom der Solarzellen erheblich gesteigert werden. Parallel dazu wurden die energetischen Niveaus von Donor und Akzeptor besser aneinander angepasst, so dass zugleich die Spannung erhöht wurde. So konnten weltweit inzwischen mit einer ganzen Reihe unterschiedlicher Absorbermaterialien vielversprechende Wirkungsgrade erzielt werden.

Wirkungsgradsteigerung auf größerer Zellfläche: Allerdings geschieht das im Allgemeinen auf sehr kleinen Zellflächen von oft nur einigen Quadratmillimetern. Aus diesem Grund haben die Forscher*innen am Fraunhofer ISE bereits vor einiger Zeit ein Zell-Layout entworfen, welches den photogenerierten Strom sehr effizient von der aktiven Zellfläche ableitet. »Als wir nun hohe Wirkungsgrade mit einem kommerziellen Absorbermaterial auf kleinen Laborzellen erreichten, wollten wir wissen, ob sich das auch auf der größeren Fläche von 1,1 cm2 realisieren lässt. Die Ergebnisse stellten uns sehr zufrieden, da wir keinerlei Einbußen zu verzeichnen hatten«, sagt Dr. Birger Zimmermann, Teamleiter für Produktionstechnologie Organischer Solarzellen am Fraunhofer ISE. Die zertifizierte Messung im CalLab PV Cells des Fraunhofer ISE ergab dann den Wert von 14,9%. »Dies ist ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung«, ergänzt Dr. Uli Würfel, Abteilungsleiter Organische und Perowskit-Photovoltaik am Fraunhofer ISE und Gruppenleiter am FMF der Uni Freiburg, »und wir haben darüber hinaus noch ein paar Ideen, wie sich der Wirkungsgrad weiter steigern lässt. Die nächsten Wochen und Monate werden also sehr spannend.«

Dabei verlieren die Freiburger Forscher*innen nicht aus dem Blick, dass das übergreifende Ziel das Rolle-zu-Rolle prozessierte Modul ist, bei dem noch weitere Randbedingungen erfüllt werden müssen. Nachdem zunächst auf kleiner Fläche in Laborprozessen das Potenzial der neuartigen organischen Absorbermaterialien gezeigt werden konnte, müssen anschließend Wege gefunden werden, wie sich dieses Potenzial möglichst vollständig in großflächige, leistungsfähige Module umsetzen lässt. »Gemeinsam mit Industriepartnern werden wir die Organische Photovoltaik weiter zur Marktreife führen« sagt Institutsleiter Prof. Dr. Andreas Bett. »Diese Technologie, mit ihren flexiblen Anwendungsmöglichkeiten ist langfristig ein wichtiger Baustein für den dringend notwendigen Ausbau der Photovoltaik als wichtigstem Pfeiler der Energiegewinnung in einem nachhaltigen System.« Die Arbeiten wurden im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekts »H2OPV – Organische Photovoltaik zur Abdeckung von Wasserreservoiren« durchgeführt.

Quelle: ISE Fraunhofer

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Wer verbraucht Strom?

 

2019 verbrauchte die Schweiz total 57,2 Milliarden Kilowattstunden (Mrd. kWh) Elektrizität. Das sind 0,8% weniger als 2018 (57,6 Mrd. kWh). Doch wo genau verbrauchen Schweizerinnen und Schweizer diesen Strom? Lesen Sie dies im letzten Teil unserer Blogserie «Fakten und Zahlen».

Die Haushalte konsumierten im vergangenen Jahr am meisten Strom, nämlich einen Drittel (33,4%) des gesamten Stromverbrauchs der Schweiz. Ein Schweizer Standard-Haushalt besteht gemäss Bundesamt für Statistik aus 2,23 Personen und verbraucht jährlich zwischen 3000 und 4000 kWh Elektrizität. Der grösste Teil davon wird eingesetzt für die Erzeugung von Raumwärme, die Warmwasseraufbereitung und das Kochen, gefolgt von der Beleuchtung und den elektronischen Kommunikations- und Unterhaltungsgeräten (TV, Computer, Handy). Lesen Sie mehr über die genauen Zahlen zum Energieverbrauch der privaten Haushalte in der BFE-Statistik «Energieverbrauch nach Verwendungszweck». Ab Oktober liegen die Daten für 2019 vor.

Der Anteil von Industrie und verarbeitendem Gewerbe am gesamten Stromverbrauch beträgt 30,2%. 26,8% ging auf Kosten der Dienstleistungen (Coiffeur, Restaurants, Hotels, etc.), 8% auf die des Verkehrs (vor allem Eisenbahn). Schliesslich verbrauchten noch die Landwirtschaft und der Gartenbau 1,6% Strom.

Der Trend der letzten Jahre zeigt eine stete Zunahme des Stromverbrauchs in den Haushalten, eine leichte Zunahme bei den Dienstleistungen sowie eine stete Abnahme bei Industrie und Gewerbe (sekundärer Sektor). Letzteres ist über die Jahre vor allem auf den Strukturwandel zurückzuführen: Die Zahl der Arbeitsplätze in Industrie und Gewerbe sank im Gegensatz zu den Dienstleistungen deutlich.  Weitere Ausführungen und Tabellen finden Sie in der Schweizerischen Elektrizitätsstatistik 2019, welche als pdf verfügbar ist.

Alicia Salas, Hochschulpraktikantin Medien und Politik, BFE

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EKZ-PV - «oben ohne»

Ende 2018 hatte EKZ das Photovoltaik-Projekt «Cotovio» in der Algarve in der Nähe der Stadt Portimão im Süden von Portugal erworben – nun geht es in die Bauphase. Die 49 Megawatt-Freiflächen-Solaranlage wird keinerlei staatliche Unterstützung erhalten.

Für die ersten fünf Jahre wurde ein Power Purchase Agreement (PPA) abgeschlossen, danach wird der Strom am Markt verkauft. Die Aufnahme des kommerziellen Betriebs wird im zweiten Halbjahr 2021 erwartet. Die Anlage soll jährlich rund 91 GWh sauberen Strom erzeugen, was dem Strombedarf von rund 20 300 Haushalten entspricht.

Die Bauphase des Photovoltaik-Kraftwerkes «Cotovio» (48.91 MWp) in der Algarve konnte gemäss einer aktuellen Medienmitteilung erfolgreich gestartet werden. Die zukünftigen Jinko Solar-Module werden auf festen Strukturen ohne Nachführsystem installiert. Das hügelige Gelände stellt bei der Errichtung eine Herausforderung dar, sorgt aber in Zukunft durch die Höhenlage für kühle Winde, welche die Module effizienter produzieren lässt. Die Errichtung des Projektes wird rund 12 Monate dauern und der erste Strom soll in der zweiten Hälfte 2021 ins Netz der portugiesischen Netzbetreiberin REN eingespeist werden.

EKZ ist auf dem portugiesischen Markt bereits mit vier Windparks mit total 15 Windkraftanlagen präsent, ein weiterer Windpark mit sechs Anlagen befindet sich im Bau. Cotovio wird die zweite PV-Anlage auf der iberischen Halbinsel, welche komplett in Besitz von EKZ ist. Die Freiflächen-Solaranlage «Algibicos» in Südspanien wird diesen Herbst ans Netz gehen.

EKZ verfolgt mit dem Bau dieser Solaranlage das Ziel, ihren Beitrag an erneuerbarer Energie für das europäische Verbundnetz zu leisten und erhält Herkunftsnachweise, welche beim Energievertrieb in der Schweiz eingesetzt werden können. Die PV-Anlage ist eine wirtschaftlich interessante Investition, welche es EKZ ermöglicht, den Kanton Zürich auch in Zukunft wirtschaftlich zu versorgen.

Quelle:  EKZ

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Wasserstoff was nun?

An Wasserstoff glaubte einer schon vor 20 Jahren: Der US-Ökonom Jeremy Rifkin. In seinem Buch «Die H2-Revolution» sah er damals eine solche als Weg, sich von der Abhängigkeit von Ölimporten zu befreien. Mit Bezug auf den Öl-Konzern Shell hielt er fest, im 21. Jahrhundert würden Kohle, Erdöl und Erdgas einer völlig neuen Form der Energieversorgung auf Wasserstoffbasis Platz machen (Rifkin S.189). 

 

Zeitpunkt dieser Feststellung war der Anfang dieses Jahrhunderts, von dem wir immer noch erst einen Fünftel absolviert haben. Und die Technologie hat munter Fortschritte gemacht. Daran angeschlossen hat unlängst die prominente deutsche Klima-Ökonomin Claudia Kemfert. Sie sorgte in letzter Zeit sowohl mit zwei Buchveröffentlichungen  für Furore wie auch in Interviews, etwa mit dem Frankfurter Handelsblatt, wo sie ganz klar Stellung bezog: «Wasserstoff ist eine Zukunftstechnologie, so es sich denn um die grüne Variante handelt.»

 

Das mit den Farbetiketten ist so eine Sache – denn nach gängiger Lesart kann Wasserstoff grau, blau oder eben grün sein. Will heissen, er wird in der grauen Variante mit Erdgas erzeugt (wie das bei Russlands Offensive wohl eindeutig so sein wird) und damit zu einer weiteren CO2-Schleuder im Weltmassstab. Da kann man allenfalls entlastend anfügen: Wo bisher die Verbrennung von Erdöl am Anfang der Erzeugung stand, scheint die Verwendng von Erdgas ein Fortschritt zu sein (wenn nicht hohe Transportverluste diesen gleich wieder zunichte machen). Ein Weg hin zu einer CO2-freien Energiewelt ist die graue Variante aber nicht.

Weshalb sich eine Wasserstoffwirtschaft auf der Basis von Erdgas verbietet? Gefragt ist der grüne Weg, bei dem erneuerbare Energien zum Einsatz gelangen: Wasserkraft (wie bei der Schweizer Versuchsanlage in Niedergösgen - siehe Bild) oder Windkraft (wie bei angedachten Projekten in Norddeutschland und Norwegen) oder dann vor allem mit dem weltweit vermutlich grössten Potential die Solarkraft. Deren Aufkommen etwa in den arabischen Staaten, oder auch in Nordafrika und der Sahelzone, ist unermesslich – und dort sind auch schon die grössten Wasserstoff-Anlagen in Entwicklung (wie in Marokko). Trotz der Liebe der aktuellen Machthaber zur Kohle (seitens der regierenden konservativen Partei) gilt schliesslich auch Australien als Hotspot der künftigen (grünen) Wasserstoff-Erzeugung (es ist gar von einer Wasserstoffachse zwischen Australien und Europa/Deutschland die Rede).

Sodann gibt es noch den Blauen. Er wird zwar unter Verwendung von fossilen Energien erzeugt. Im Fabrikationsprozess wird dabei das CO2 ausgeschieden und versprochenermassen sicher gelagert, wie etwa in alten Kavernen. Schon länger sind solche Technologien im Gespräch. Aber man kann sich nur schwerlich vorstellen, dass das in grossem – problem-lösenden Umfang – jemals möglich sein wird (von den Dimensionen wie von den Finanzen her gesehen). Das führt auch zu einen Seitenblick auf die Klimastrategie der Grünen Partei der Schweiz, die in ihrer neuesten Variante eine Lagerung von abgeschiedenem CO2 in Norwegen vorschlägt vorschlägt –Details der Lösung aber noch schuldig ist. Das soll unglaublicherweise sogar bereits im Jahr 2040 eine CO-negative Schweiz ergeben. Wer’s glaubt wird selig und Grünen-Nationalrat Bastian Girod vielleicht noch mehr, denn er präsidiert den Verband der Betreiber Schweizerischer Abfallverwertungsanlagen VBSA. Der Verband fordert im Einklang mit den Grünen, das so genannte Carbon Capture and Storage (CCS), wie der Beobachter bekannt machte – siehe hier >>>.

Da bleiben also zumindest Zweifel, ob der blaue Wasserstoff der zu verfolgende Technologiepfad sein kann. Zumal seine Praxistauglichkeit ebenso in den Sternen steht wie die Lagerung von Atommüll. Vielmehr, das scheint für den Moment klar, muss der Wasserstoff grün in seiner reinsten Form sein - von allem Anfang an also CO2-frei! Da muss man unterdessen gar nicht mehr so weit suchen, sondern wird erfreulicherweise selbst in der Schweiz zumindest auf Projektebene fündig.

Und wozu soll’s dienen? Nicht weniger als 1600 LKW, versorgt über 50 Tankstellen sollen in den kommenden fünf Jahren schrittweise den Aufbau der Wasserstoffwirtschaft Schweiz markieren. Der Schweiz würde es damit im Lastwagenbereich gelingen, das erste industrielle Wasserstoff-Ökosystem Europas aufzubauen. Dank dem Projekt Hyundai Hydrogen Mobility sollen dieses Jahr schon die ersten 50 Brennstoffzellen-Elektrolastwagen des koreanischen Herstellers auf Schweizer Strassen unterwegs sein (derzeit ist es je nach unterschiedlichen Angaben ein einziger oder deren zehn). Gemietet werden sie von den Mitgliedern des privaten Fördervereins H2 Mobilität Schweiz, dessen Mitglieder wiederum  Tankstellenbetreiber, Transportfirmen – aber auch die beiden grossen Einzelhändler Coop und Migros sind. Tanken sollen die Lastwagen an gesamthaft sechs Tankstellen (bis Ende Jahr), wie der VSE schrieb siehe >>> hier.

Naheliegend, dass der Blick über die Grenzen in der Breite noch ergiebiger ist – wenn auch dort noch vieles schwammig erscheint, etwa in Deutschland. Immerhin gibt es mehrere grosse Projekte wie etwa dieses, das Energate bekannt machte: Fortschritte erzielt demnach ein Wasserstoff-Forschungsprojekt in Sachsen-Anhalt. Im Industriepark Leuna ist kürzlich der offizielle Baustart für einen 5-MW-Elektrolyseur erfolgt. Dieser soll die Vorstufe für das dort geplante Reallabor "GreenHydroChem" bilden (gemäss energate Wasserstoff Briefing vom 11.August 2020).

In Zukunft soll also Mobilität CO2-neutral sein. Noch nicht klar ist, wie wir Benzin und Diesel genau ersetzen werden. Von Batterien gespeiste Elektromotoren dürften einen Grossteil der künftigen Fahrzeugflotte bei den Personenwagen (im Gegensatz zum oben erwähnten Schwerverkehr) antreiben. Diskutiert werden die beiden unterschiedlichen Wege etwa > energie-experten.ch 13.8.20.

Wie realistisch sind die neuen Ziele beim Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft? In einem Interview spricht die bereits erwähnte Claudia Kemfert, Leiterin der Abteilung Energie, Verkehr, Umwelt am Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung, über die Bedeutung von Wasserstoff für die Energiewende > rnd.de 16.8.20.

Auch unter Börsianern hat sich der Hype rund um die neue Energie verbreitet – so schreibt der Newsletter institutional-money.com : «Wasserstoff könnte in unterschiedlichen Bereichen Anwendung finden – nicht zuletzt auch in der Autoindustrie. Sogar 78 Prozent der Börsianer glauben, dass Wasserstoff-Fahrzeuge im Wettrennen um die Technologie der Zukunft die Nase vorn haben. Lediglich 22 Prozent sehen reine Stromer im Vorteil» - siehe hier >>>.  Woher gerade die Börsianer diese Einschätzung nehmen, die ja bezüglich des Personenwagen diametral zu sonstigen Prognosen steht, bleibt verborgen.

Eine ganze Nummer hat soeben das Swissquote-Magazin dem Thema gewidmet: Sollte es diesmal klappen, fragt das soeben erschienene Dossier zum Wasserstoff. Sogar anfangs der 70er Jahre galt es demnach schon einmal, sich in der Energiewelt zu entscheiden – und der Entscheid fiel gegen den Wasserstoff und zugunsten der Atomkraft.... Und nun sind 10 Lastwagen auf CH-Strassen unterwegs – für die keine Schwerverkehrsabgabe fällig ist (weshalb der Versuch wohl in der Schweiz stattfindet). Ein 40-Tönner-LKW bräuchte ja mehrere Tonnen Batterien für weite Distanzen, das verbietet sich aus verschiedenen Gründen. Und Bahnnetze müssen nicht mehr elektrifiziert werden (in Folge dessen die Schweiz hierbei keinen Markt darstellt). In den USA sind Gabelstappler (wohlgemerkt um die 25'000 an der Zahl) schon länger mit Wasserstoff unterwegs. Die derzeit grösste Anlage zur Produktion von grünem Wasserstoff steht schliesslich gemäss dem Dossier bedeutungsschwanger in Fukushima. Und tollerweise gibt es bereits Kleinanlagen wie in den französischen Alpen – auf zur Energieautarkie also! In Japan gibt es zudem bereits 305'000 Privathäuser, die aus Wasserstoff Wärme und Strom gewinnen.

Dass da wirklich etwas im Busch ist, zeigt wohl auch das Vorhaben einer ersten Wasserstoff-Tagung im November 2020.  Roland Dittmeyer brachte es im ZDF vom 29.8.20 auf den Punkt, warum der Hype jetzt gerechtfertigt ist: «Die Mehrheit der Menschen realisiert inzwischen, dass wir ernsthaft gegen den Klimawandel vorgehen müssen. Es gibt also genug politischen Druck. Auf der anderen Seite haben wir heute die Situation, dass wir erneuerbaren Strom so günstig wie noch nie herstellen können. Mit dem erneuerbaren Strom können wir über Elektrolyse grünen Wasserstoff erzeugen und das setzt eine andere Dynamik in Gang als wir sie in den vergangenen Jahrzehnten erlebt haben.» Siehe hier >>>. 

Fazit: Das Klimaziel 1,5/2-Grad-Erwärmung zu erreichen, ist zweifellos eine Herkulesaufgabe – und bislang zweifelhaft. So viel scheint aber klar: Die Welt braucht sehr viel mehr Erneuerbare Energie. Vor allem Sonne und Wind sind diesbezüglich bei weitem erste Wahl – sowohl ökologisch (wenig CO2-Ausstoss in ganzer Lieferkette) wie ökonomisch (immer billiger mit weiterem Potential zur Senkung der Kosten). Da unregelmässig anfallend, wird eine Speicherung in grossem Stil unausweichlich – die Wasserstofftechnologie bietet diesbezüglich die besten Voraussetzungen. Etwa so wie bei der Milch, die schliesslich auch zum grossen Teil in Käse umgewandelt werden muss, um in grossem Stil Absatz zu finden – was man gerade Schweizer*innen eigentlich nicht erläutern muss (100 Gramm Käse erfordern etwa 1 Liter Milch – und nur wenige kommen deshalb auf die Idee, die Milchverarbeitung zu verdammen).

© Text GuntramRehsche / Solarmedia

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Solarnetz in Patagonien

Im Patagonia Nationalpark im Süden Chile's wurden ein Flusswasserkraftwerk, eine Photovoltaikanlage und ein Batteriespeichersystem kombiniert, um die Parkeinrichtungen mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu versorgen. Der Park ist Teil eines der wichtigsten Naturschutzprojekte der Welt. Er wurde von North Face Gründer Douglas Tompkins und seiner Frau Kristine, früher Geschäftsführerin der Outdoor-Marke Patagonia, ins Leben gerufen. Ziel ihrer Stiftung „Tompkins Conservation“ ist es, die Region nach Jahrzehnten starker Überweidung und Wüstenbildung in ihren natürlichen Zustand zurückzuversetzen.

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Der Patagonia Nationalpark ist eines der wichtigsten Naturschutzprojekte der Welt. Er verdankt seine Existenz der Vision und den finanziellen Mitteln von Douglas und Kristine Tompkins. Die beiden Amerikaner zogen Anfang der 1990er Jahre nach Chile, um sich für die Erhaltung einiger der beeindruckendsten wilden Landschaften der Erde einzusetzen. Gemeinsam halfen sie bei der Schaffung und Erweiterung von 15 Nationalparks in Chile und Argentinien und arbeiteten schließlich mit beiden Regierungen zusammen, um über 14 Millionen Hektar Land zu schützen. Der Patagonia Nationalpark liegt weit entfernt vom nächsten öffentlichen Stromnetz. Der Strombedarf der Parkeinrichtungen wurde bisher teuer und umweltbelastend über Dieselgeneratoren gedeckt.

„Flusswasserkraft und Photovoltaik zu kombinieren, ist technisch sehr anspruchsvoll“, berichtet Gonzalo Rodriguez, Ingenieur bei der patagonischen Installationsfirma SyR Energía, die das Projekt plante und umsetzte. Um eine Gesamtleistung von 115 Kilowatt Peak (kWp) zu erreichen, wurden zwei hydraulische Turbinen mit einer Solaranlage kombiniert, beide mit AC-Kopplung. Die Lithium-Ionen-Batteriespeicher haben eine Kapazität von 144 Kilowattstunden (kWh). Im Winter und im Frühling schwellen die Flüsse in Patagonien durch starke Regenfälle und Schneeschmelze aus den Anden stark an. Die zwei Mikroturbinen wandeln die Energie des Wassers in Strom um. Im Sommer sinkt der Wasserstand der Flüsse stark ab, dann liefert die Photovoltaikanlage den nötigen Strom (siehe Bild). Überschüssiger Strom wird in den Batteriespeichersystemen des deutschen Herstellers Tesvolt zwischengespeichert.

Nachhaltiger Tourismus im Naturparadies: Der Patagonia Park erstreckt sich über 300.000 Hektar grasbewachsene Steppe, Wald, Feuchtgebiete und alpine Regionen. Wie der größte Teil der Region führte auch im Chacabuco-Tal intensive Viehzucht auf sandigen, trockenen Böden zu einer weit verbreiteten Wüstenbildung. Die Tompkins-Stiftung setzt sich seit dem Kauf der Fläche im Jahr 2004 für die Wiederherstellung des ursprünglichen Graslandes und die Ansiedlung heimischer Tier- und Pflanzenarten ein. Die nachhaltige Herberge „Estancia Valle Chacabuco“, ein Restaurant, Campingplätze, Wanderwege und ein Informationszentrum und Museum sollen Touristen die Möglichkeit geben, Natur zu erleben und möglichst nachhaltig zu reisen. Die Tompkins Conservation schenkte den Park dem chilenischen Staat, heute wird der Park durch die National Forestry Corporation (Conaf) betreut.

„Wir freuen uns sehr über den Bau des fortschrittlichsten Hydro-Solar-Microgrids in Chile, das auch noch lange in der Zukunft sauberen Strom für den Park liefern wird. Dieses alternative Energiesystem minimiert den CO2-Fußabdruck des Parks und trägt so zur Bekämpfung des Klimawandels bei", sagt Carolina Morgado, geschäftsführende Direktorin der Tompkins Conservation. „Der Park liegt so abgelegen, dass es sehr wichtig war, Anlagenkomponenten einzusetzen, die dank ihrer hohen Qualität wenig Wartung benötigen“, erklärt Rodriguez. „Deshalb haben wir uns bei den Stromspeichern für den Qualitätsführer Tesvolt entschieden. Das hat sich ausgezahlt. Die Anlage läuft nun seit genau einem Jahr völlig problemlos.“

 

Über Tesvolt

Tesvolt ist Spezialist für Batteriespeicherlösungen für Gewerbe und Industrie. Dank einer selbst entwickelten intelligenten Batteriesteuerung haben Tesvolt Speicher einen überdurchschnittlich hohen Wirkungsgrad und eine hohe erwartete Lebensdauer von 30 Jahren. Außerdem sind sie durch die Systemsteuerung bis auf Zellebene außergewöhnlich sicher. 

 

Tesvolt hat sich auf Batteriespeicher für Gewerbe und Industrie spezialisiert. Das innovative Unternehmen aus Wittenberg produziert Lithiumstromspeicher mit prismatischen Batteriezellen von Samsung SDI auf Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide-Basis. Tesvolt Speicher passen immer: Ob Hoch- oder Niedervolt, On-Grid oder Off-Grid. Sie lassen sich mit allen regenerativen Energiequellen kombinieren, aber auch mit einem Blockheizkraftwerk oder einer Brennstoffzelle.

Tesvolt wurde u.a. mit dem Deutschen Gründerpreis in der Kategorie „Aufsteiger“ ausgezeichnet. Für die Off-Grid Stromversorgung einer Avocadofarm in Südwestaustralien erhielt Tesvolt den „The smarter E award“ in der Kategorie „Outstanding projects“ sowie den internationalen Award für ländliche Elektrifizierung (ARE).

Quelle: www.tesvolt.com

Mehr über die Tompkins Conservation: www.tompkinsconservation.org

Kurzfilm über Vision und Leben von Douglas und Kristine Tompkins:

https://www.youtube.com/watch?v=5sfyGCzqGMc

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CH: 3/4 ist erneuerbar

2019 stammte der Strom aus Schweizer Steckdosen zu rund 75% (2018: 74%) aus erneuerbaren Energien: Zu 66% aus Grosswasserkraft und zu rund 8.4% aus Photovoltaik, Wind, Kleinwasserkraft und Biomasse. 19% stammten aus Kernenergie und knapp 2% aus Abfällen und fossilen Energieträgern. Für 4% des gelieferten Stroms sind Herkunft und Zusammensetzung nicht überprüfbar (2018: 6%); da Strom aus nicht überprüfbarer Herkunft ab Lieferjahr 2020 nicht mehr zulässig ist, weichen Grossverbraucher offenbar vermehrt auf inländische Kernenergie aus.

Die Daten zum Schweizer Strom-Liefermix  werden jährlich erhoben und auf www.stromkennzeichnung.ch im Stromkennzeichnungs-Cockpit veröffentlicht. Die am Montag publizierten Daten geben Aufschluss über die Stromlieferungen 2019. Für die Stromkennzeichnung gilt seit 2018 die Pflicht zur Volldeklaration. Dies bedeutet, dass Strom unbekannter Herkunft, so genannter Graustrom, nur noch in Ausnahmefällen und bis zum Lieferjahr 2020 zulässig ist. Da in den meisten Nachbarländern keine Herkunftsnachweise für Strom aus konventionellen Kraftwerken ausgestellt werden, hat die Schweiz so genannte Ersatznachweise eingeführt. So kann Kohlestrom aus dem Ausland als solcher deklariert werden und muss nicht mehr unter Graustrom zusammengefasst werden. Der Anteil Kohlestrom, welcher über solche Ersatznachweise importiert wurde, hat sich zwischen 2018 und 2019 auf ein halbes Prozent halbiert.

• 66% des im Jahr 2019 gelieferten Stroms wurden in Grosswasserkraftwerken produziert (gleich viel wie im Vorjahr: 2018: 66%). Die gelieferte Wasserkraft wurde wie im Vorjahr zu 76% in der Schweiz produziert.
• 19.1% (2018: 17.3%) des gelieferten Stroms wurden in Kernkraftwerken produziert. Dies ist tiefer als der Anteil der Kernenergie am Schweizer Produktionsmix (35%). Die gelieferte Kernenergie stammte wie im Vorjahr fast ausschliesslich aus der Schweiz.
• 4.3% (2018: 6.3%) des gelieferten Stroms stammten aus nicht überprüfbaren Energieträgern. Mit der Einführung der Volldeklaration seit Januar 2018 sind nicht überprüfbare Energieträger nicht mehr zulässig mit Ausnahme von mehrjährigen Lieferverträgen, die vor dem 1. November 2017 abgeschlossen wurden (für sie gilt eine Übergangsfrist bis zum Lieferjahr 2020). Wie erwartet hat der Anteil der nicht überprüfbaren Energieträger durch die Volldeklaration abgenommen. Stromintensive Unternehmen beschaffen neu so genannte Ersatznachweise für Strom aus fossilen und nuklearen Quellen aus europäischen Kraftwerken, für welche keine regulären Herkunftsnachweise ausgestellt werden (siehe oben).
• Der Anteil neuer erneuerbarer Energieträger (Sonne, Wind, Biomasse und Kleinwasserkraft)  Davon wurden rund 95% in der Schweiz pnimmt weiter zu, von 7.85% (2018) auf 8.4% im Jahr 2019. Davon wurden 95% in der Schweiz produziert und gut drei Viertel durch das Einspeisevergütungssystem (ESV) gefördert.
• In geringen Mengen stammte der 2019 gelieferte Strom aus fossilen Energieträgern (2%, Vorjahr 1.7%).

Produktionsmix ist nicht gleich Liefermix: In der Schweiz wird Strom zu 56.4% aus Wasserkraft, zu 35.2% aus Kernkraft, zu 2.6% aus fossilen und knapp 6% aus neuen erneuerbaren Energien produziert (= Schweizer Produktionsmix 2019). An die Schweizer Steckdosen wird aber nicht nur Strom aus Schweizer Produktion geliefert: Es herrscht ein reger Handel mit dem Ausland, bei dem Strom exportiert und importiert wird. Deshalb stimmt der Schweizer Produktionsmix nicht mit der durchschnittlichen Zusammensetzung des gelieferten Stroms (= Schweizer Liefermix) überein.

Um über den Liefermix jedes Stromversorgers Transparenz zu schaffen und den Konsument/innen so einen informierten Entscheid für ein bestimmtes Stromprodukt zu ermöglichen, sind die schweizerischen Stromversorgungsunternehmen seit 2005 gesetzlich verpflichtet, Herkunft und Zusammensetzung des gelieferten Stroms offenzulegen. Die Deklaration erfolgt jeweils rückwirkend, basierend auf den Daten des vorangegangenen Kalenderjahres. Seit 2006 müssen diese Zahlen allen Kundinnen und Kunden mit den Stromrechnungen bekanntgegeben werden. Seit 2013 werden die Daten zusätzlich auf der Internet-Plattform www.stromkennzeichnung.ch veröffentlicht.

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Höher und schnneller mit Tandem-Photovoltaik

Höhere Wirkungsgrade für Solarzellen und damit ein schnellerer Ausbau der Photovoltaik und eine Beschleunigung der Energiewende – das ist die Zielsetzung der Forscher und Forscherinnen am deutsche Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE bei der Arbeit an der Tandem-Photovoltaik. 

 

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Die jüngsten Ergebnisse ihrer Arbeit an Solarzellen, die aus Tandems verschiedener Materialklassen bestehen, stellen sie auf der vom 7.-11. September 2020 online stattfindenden European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition EUPVSEC vor. Die Kosten für Solarstrom zu reduzieren und die Wirkungsgrade zu steigern, war schon immer eine Hauptmotivation in der Solarzellenforschung. Da der Wirkungsgrad der marktdominierenden Siliciumtechnologie – deren stetige Weiterentwicklung zu Solarstrompreisen von heute unter 5 Eurocent pro Kilowattstunde selbst in Deutschland geführt hat – rein physikalisch an seine theoretische Grenze kommt, wird derzeit von zahlreichen Forschungseinrichtungen der Tandemansatz verfolgt. 

 

Dabei werden unterschiedliche Halbleitermaterialien zu einem Tandem aus zwei oder mehr Solarzellen zusammengefügt, um auf diesem Weg das Sonnenspektrum besser ausnutzen zu können. Denn jedes der verwendeten Materialien wandelt einen jeweils anderen Bereich des Sonnenspektrums in elektrische Energie um. Bei Silicium allein liegt die physikalisch-theoretische Grenze bei gut 29 Prozent, und Forschung und Industrie sind hier mit industrietauglichen Solarzellenwirkungsgraden von 26 Prozent am wirtschaftlich darstellbaren Limit angelangt.

»In der Tandem-Photovoltaik am Fraunhofer ISE verfolgen wir den Ansatz, eine Silicium-Basiszelle mit III-V-Halbleitern oder mit Perowskiten zu einer monolithischen Tandemsolarzelle zu verbinden, die nachher nicht anders aussieht als eine allein aus Silicium bestehende Zelle«, sagt Prof. Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik – Forschung am Fraunhofer ISE. »Durch die Nutzung der Eigenschaften beider Schichten kommen wir jedoch auf deutlich höhere Wirkungsgrade«, fügt er hinzu und freut sich: »In unserem bald zur Verfügung stehenden neuen Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen werden wir über modernste Reinraumausstattung verfügen, die uns hilft, den Herausforderungen der sich schnell entwickelnden Tandem-PV noch besser zu begegnen.«

Mit der Kombination aus Silicium mit III-V Halbleitern hat das Fraunhofer ISE bereits einen Wirkungsgrad von 34,5 Prozent - weit über der Wirkungsgradgrenze von einfachen Solarzellen - erreicht. Auch bei direktem Wachstum von III-V-Halbleitern wurden jüngst sehr große Fortschritte erzielt. Ebenso bei einem weiteren vielversprechenden Ansatz, der am Fraunhofer ISE verfolgt wird, der Kombination von Perowskiten mit Silicium.

Die Freiburger Forscher entwickeln nicht nur Solarzellen im Tandem-Verfahren, sie arbeiten entlang der gesamten Wertschöpfungskette, von den Zellen und Modulen inklusive der jeweiligen Produktionstechnologie – hier kommt die langjährige Erfahrung und Kompetenz des PV-TEC und des Module-TEC zum Tragen – bis hin zu den Anwendungen der Technologie, zum Beispiel in der Integrierten Photovoltaik. Alle Prozessschritte sind begleitet von Charakterisierung, Kalibrierung und Lebensdauertests. Mit dem CalLab PV Cells, dem CalLab PV Modules sowie dem TestLab PV Modules verfügt das Institut über weltweit führende akkreditierte Kalibrier- und Testlabors.

»Die höhere Solarstromausbeute von Tandemsolarzellen und -modulen ermöglicht PV-Installationen mit höherer Leistung auf kleineren Flächen. Damit kann leistet die Tandem-Photovoltaik künftig einen wichtigen Beitrag zu dem für das Erreichen der Klimaziele und dem damit verbundenen notwendigen starken Photovoltaik-Ausbau leisten und trägt gleichzeitig zu noch mehr Nachhaltigkeit der für die Energiewende zentralen Technologie bei«, so Institutsleiter Prof. Dr. Andreas Bett.

Link zu den ISE-Vorträgen

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