Mehr Leistung für Solarzellen

Photovoltaik ist noch immer eine vergleichsweise teure Technologie. Eine deutlich kostengünstigere Variante zu den traditionellen Solarzellen könnten Farbstoffsolarzellen sein.

Dabei fängt ein Farbstoff statt eines Halbleitermaterials das Licht ein. Besonders vielversprechend scheinen Tandem-Zellen aus einer konventionellen n-Typ- und einer "inversen" p-Typ-Farbstoffsolarzelle. Ein australisch-deutsches Team berichtet in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt über eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrades bei p-Typ-Farbstoffsolarzellen durch Verwendung eines Elektrolyten auf Basis eines Kobaltkomplexes. Konventionelle n-Typ-Farbstoffsolarzellen arbeiten mit einer so genannten Photoanode, einer positiven Elektrode, die mit einem n-Halbleiter, z.B. Titandioxid, und einem Farbstoff beschichtet ist. Trifft Licht darauf, werden die Farbstoffmoleküle angeregt und setzen Elektronen, also negative Ladungen (daher das "n" in der Bezeichnung), frei und "injizieren" sie in den n-Halbleiter. Ein so genannter Redoxmediator, der als Bestandteil des Elektrolyten zwischen den Elektroden frei beweglich ist, regeneriert den Farbstoff, d.h. er versorgt ihn wieder mit Elektronen, die von der Gegenelektrode stammen.

Die Verwendung eines Elektrolyten auf Basis eines Kobaltkomplexes fürht zu einer deutlichen Steigerung des Wirkungsgrades bei p-Typ-Farbstoffsolarzellen | © Wiley-VCH






Beim p-Typ läuft der Prozess genau entgegengesetzt: Ein spezieller Farbstoff und ein p-Halbleiter befinden sich auf einer Photokathode. Der durch Licht angeregte Farbstoff "saugt" Elektronen aus dem Valenzband des p-Halbleiters, z.B. Nickeloxid, heraus. Es wird also quasi ein "Elektronenloch", eine positive Ladung (daher "p-Typ"), vom Farbstoff übertragen. Der Redoxmediator nimmt dem Farbstoff die Elektronen wieder ab und gibt sie an die Gegenanode weiter.

Eine vielversprechender Ansatz, um die Leistung von photovoltaischen Zellen zu steigern, ist die Kombination einer n- und einer p-Typ-Farbstoffsolarzelle zu einer Tandem-Zelle. Trotz einiger Fortschritte hinken die p-Typen in ihren Leistungsdaten aber immer noch deutlich hinter ihren n-Gegenstücken her. Einem internationalen Team aus Wissenschaftlern von der Monash University und der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (Australien) sowie der Universität Ulm ist nun eine weitere deutliche Verbesserung der Effizienz von p-Typ-Zellen geglückt, indem sie einen anderen Redoxmediator wählten.

Das üblicherweise eingesetzte System aus Iodid und Tri-Iodid ersetzten die Forscher um Udo Bach und Leone Spiccia durch einen bekannten Kobalt-Komplex, Tris(ethylenediamin)cobalt (II)/(III), bei dem das Kobalt zwischen den Oxidationsstufe +2 und +3 wechseln kann. Der Vorteil dieses System: Sein Redoxpotential liegt wesentlich niedriger. Aus diesem Grund ist die Leerlaufspannung, ein entscheidender Kennwert für Solarzellen, doppelt so hoch. Gleichzeitig ist die treibende Kraft hoch genug, um eine rasche und effiziente Regenerierung des verwendeten Farbstoffs zu gewährleisten. Zellen auf dieser Basis erreichen eine Energieumwandlungseffizienz von 1,3%, während die bisherigen Systeme maximal 0,41% erreichten. Auch bei diffusem Sonnenlicht bedeckter Tage zeigt die p-Typ-Farbstoffsolarzelle mit dem Kobalt-basierten Redoxmediator vielversprechende Leistungsdaten.

Quellen:
Informationsdienst Wissenschaft e. V. 2012
Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. 2012

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Ökostrom stabilisiert die Netze

Anders als befürchtet erhöht die Integration vieler kleiner Wind-, Sonnen- und Biogaskraftwerke die Gefahr eines Blackouts nicht. Im Gegenteil: Je feinmaschiger das Stromnetz wird, desto robuster reagiert es auf den Ausfall einer Leitung. Zu diesem Ergebnis kommen Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen anhand von Computersimulationen - wie das neue Nachhaltigkeitsportal der Wirtschaftswoche berichtet.

Die Forscher um den Projektleiter Marc Timme warnen Politiker und Netzbetreiber vor der Annahme, die geplanten Stromautobahnen, die vor allem den Windstrom aus dem Norden in die Verbrauchszentren im Süden Deutschlands schaffen sollen, würden das Netz stabilisieren. „Damit wird nicht automatisch alles gut.“

Die Max-Planck-Experten erklären das anscheinende Paradoxon an einem bekannten Phänomen aus dem Verkehr. Wird eine Autobahn verbreitert, benutzen sie auch Autofahrer, die vorher andere Wege gefahren sind. Schon nach kurzer Zeit führt der zusätzliche Verkehr wieder zu Staus.

Ähnlich verhält es sich mit den Stromautobahnen. Weil der Strom bevorzugt über die neue Abkürzung fließen will, blockiert es sich am Ende selbst. Statt sich zu verbessern, verschlechtert sich der Transport von Watt und Ampere. Schlimmer noch: Die Gefahr steigt, dass das Leitungssystem an diesem Engpass aus dem Takt gerät und das Netz zusammenbricht.
Klar ist, dass die Strominfrastruktur im Zuge der Energiewende umgebaut werden muss. Statt weniger Großkraftwerke, die nah bei den Abnehmern stehen, muss es immer mehr Klein- und Kleinstkraftwerke miteinander verbinden, die aus Wind, Sonne und Biomasse Elektrizität gewinnen. Hinzu kommen die neuen Strecken für den Windstrom von den Küsten. Kritiker befürchten, die höhere Komplexität und die unstete Einspeisung des grünen Stroms würden die Stabilität der Netze gefährden und vermehrt großflächige Blackouts heraufbeschwören. 

Die Simulation der Göttinger Forscher zeigen etwas anderes: In einem dezentralen Netz kann sich der Strom Ausweichrouten zum Verbraucher suchen, wenn eine Leitung überlastet ist. „Es ist daher grundsätzlich leistungsfähiger“, sagt Timme. Umgekehrt gibt es in einem Stromnetz, in dem große Kraftwerke dominieren, mehr kritische Verbindungen, von denen die Stabilität des gesamten Systems abhängt. Fällt nur eine dieser Leitungen aus, kommt es zum Blackout.

Das klassische Beispiel dafür ist der letzte große Stromausfall am 4. November 2006. Damit ein neuer Kreuzfahrtriese die Papenburger Meyer Werft über die Ems in Richtung Nordsee verlassen konnte, schaltete der Netzbetreiber sicherheitshalber eine 380-Kilovolt-Hochspannungsleitung über den Fluss ab. Weil er sich darüber mit anderen Stromtransporteuren nicht genau genug abgestimmt hatte, standen weite Regionen in Deutschland, Belgien, Frankreich, Italien, Österreich und Spanien Augenblicke später ohne Elektrizität da. In einem stark dezentralisierten Netz könnte so etwas nach den Berechnungen der Max-Planck-Wissenschaftler kaum passieren.

Allerdings haben sie kurzzeitige heftige Schwankungen des Wind- und Sonnenstromangebots in ihren bisherigen Simulationen noch nicht berücksichtigt. Das wollen sie jetzt in einem Projekt mit dem Münchner Technologiekonzern Siemens und Experten der Universität Oldenburg nachholen.

Quelle: Wirtschaftswoche Green

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Stadt Zürich setzt auf Erneuerbare

Der Bericht «ewz-Stromzukunft 2012 – 2050» analysiert vier Szenarien für die zukünftige Stromproduktion und beurteilt diese nach energetischen, ökologischen und finanziellen Aspekten. ewz bzw. die Stadt Zürich wird das Szenario eines starken Ausbaus der erneuerbaren Energien, insbesondere Wind- und Solarenergie, verfolgen. Dazu gehört auch, die Wasserkraft langfristig zu nutzen.

Atomausstieg, Klimaziele, Marktliberalisierung, neue Technologien: Der Elektrizitätsmarkt ist im Umbruch und stellt Energieunternehmen, Politik und Gesellschaft vor grosse Herausforderungen. ewz hat die heutige Situation analysiert und mögliche Szenarien für die künftige Produktion und den Vertrieb erarbeitet. ewz und dessen Eigentümerin – die Stadt Zürich – haben sich für die Strategie entschieden, die neuen erneuerbaren Energien massiv auszubauen und die Wasserkraft langfristig zu nutzen.

Solarenergie stellt auch für das Elektrizitätswerk der Stadt Zürich einen Pfeiler der künftigen Energieversorgung dar. Im Bild die Photovoltaik-Anlage auf dem Fussballstadion Letzigrund.






Die Produktion mit neuen erneuerbaren Energien (Wind, Biomasse, Solar und Photovoltaik) soll in den nächsten fünf Jahren auf das 6-fache auf 1‘200 Gigawattstunden jährlich steigen. Das entspricht rund 40 Prozent des heute in der Stadt Zürich verbrauchten Stroms. Zusammen mit dem Strom aus Wasserkraftwerken könnte die Stadt Zürich somit bereits in fünf Jahren vollständig mit erneuerbaren Energien versorgt werden. Der Zubau von Wind- und Solaranlagen erfolgt hauptsächlich im Ausland. Gleichzeitig lässt ewz die bestehenden Beteiligungen und Bezugsrechte an Kernkraftwerken auslaufen.

Verschiedene Punkte sprechen für den starken Ausbau der neuen erneuerbaren Energien und für die Rekonzessionierung der Wasserkraftanlagen (Bewilligung der jeweiligen Gemeinden für die langfristige Nutzung). Die Kosten der erneuerbaren Technologien sinken, die Beteiligungen und Bezugsrechte an Kernkraftwerken laufen aus und die Stadt Zürich hat sich mit den Vorgaben zur 2000-Watt-Gesellschaft hohe ökologische Ziele gesetzt. Marcel Frei, Direktor von ewz, erklärt die Vision: «Wir wollen das führende Energiedienstleistungsunternehmen in der Schweiz mit einer klaren Vorreiterrolle in den Bereichen Ökologie und Energieeffizienz werden.» Das angestrebte Szenario erfordert hohe Investitionen für den Ausbau der neuen erneuerbaren Energien sowie die Rekonzessionierung der Wasserkraftanlagen. «Wir werden jährlich im Durchschnitt ca. 100 Millionen Franken für die Realisierung aufwenden und damit unserem Motto gerecht werden, dass unsere Zukunft erneuerbar ist».

Eine weitere Herausforderung ist die Integration ins Netzsystem. Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien steigt der Anteil der Wind- und Solaranlagen an der Gesamtproduktion auf bis zu 60 Prozent. Die Produktionsplanung wird mit der zunehmenden Anzahl solcher Anlagen schwieriger. Für die neue Situation braucht es Mittel und Wege, damit das Netzsystem stabil bleibt und die Versorgung gesichert ist. ewz strebt deshalb den innovativen Umbau des Netzes an, zum Beispiel mit dem Projekt Smart Metering, und investiert in neue Speichertechnologien.

Quelle: EWZ

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Solarstadien für Brasilien-WM

Die deutsche Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) finanziert 10 Mio. EUR für Solardächer auf brasilianischen Fussball-WM-Stadien in Belo Horizonte. Damit wird ein Anstoß für nachhaltige Entwicklung des brasilianischen Energiesektors geplant - und brasilianische VerbraucherInnen profitieren von umweltfreundlichem Strom.

Am Freitag haben der Geschäftsbereich KfW Entwicklungsbank im Auftrag des Bundesministeriums für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) und das brasilianische Energieunternehmen Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG) in Frankfurt einen Darlehensvertrag in Höhe von 10 Mio. EUR für das Projekt „Solar-WM 2014“ unterzeichnet. Im Rahmen des Projekts werden die Stadiondächer des brasilianischen WM-Austragungsorts Belo Horizonte („Mineirão“ (siehe Bild) und „Mineirinho“) mit Photovoltaik-Anlagen mit einer Leistung von zusammen 2,6 Megawatt ausgestattet.

Das Estádio Mineirão ist zweifellos einer der großen Fussballtempel Brasiliens und beheimatet die mehrfachen Landesmeister Atlético Mineiro und Cruzeiro Belo Horizonte. Mit einem Fassungsvermögen von 66.805 Zuschauern wird die Arena bei der FIFA Fussball-Weltmeisterschaft Brasilien 2014™ ein komplett neues Gesicht aufweisen. Sechs WM-Partien werden hier ausgetragen, einschließlich einer Halbfinalpaarung (Bild FIFA).

„Mittels dieser Projekte möchten wir das sonnenreiche Brasilien dabei unterstützen, den Durchbruch der Photovoltaik zu schaffen. Die mittelfristige Diversifizierung des Energiemix wird den Ausstoß umwelt- und klimaschädigender Emissionen maßgeblich verringern“, sagte Dr. Norbert Kloppenburg, Mitglied des Vorstands der KfW Bankengruppe. Die Gesamtinvestitionskosten des Projekts belaufen sich auf 14,25 Mio. EUR, die aus einem Darlehen in Höhe von 10 Mio. EUR der KfW inklusive Zinsverbilligungsmitteln des BMZ und einem Eigenbeitrag der CEMIG in Höhe von 4,25 Mio. EUR finanziert werden. Die deutsche Gesellschaft für internationale Zusammenarbeit (GIZ) unterstützt zudem die CEMIG in der Vermarktung des Solarstroms sowie in der Fortbildung von technischem Personal.

Die erzeugte Energie wird ins Stromnetz eingespeist. Dadurch profitiert der brasilianische Energieverbraucher von dem umwelt- und klimaschonend erzeugten Strom. Gemeinsames Ziel ist es, dass das Projekt „Solar-WM 2014“ „der Anstoß“ zu einem zunehmenden Einsatz von Photovoltaik-Anlagen in Brasilien ist. Zukünftig soll sich die Photovoltaik in Brasilien etablieren und positive Wirkungen entfalten, die weit über die Fußball-WM 2014 hinausgehen.

Quelle: KfW

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Wird China grün?

Die Weltklimakonferenz in Doha endete faktisch so ergebnislos wie die 18 Konferenzen zuvor. Seit es Weltklima-Konferenzen gibt geht es dem Weltklima immer schlechter. In Doha gehörte neben den USA auch China zu den großen Blockierern einer völkerrechtlich verpflichtenden Klimapolitik. Eine Einschätzung des Energie-Publizisten Franz Alt, der zusammen mit seiner Frau Bigi Alt im Netz die viel beachtete Sonnenseite publiziert.

Wie also erklärt sich Chinas Haltung?  Sie hängt vor allem auch damit zusammen, dass das kommunistische Regime sich nicht von außen kontrollieren lassen möchte. Dennoch hat China 2011 zuhause die „saubere industrielle Revolution“ ausgerufen und fördert die erneuerbaren Energien wie zurzeit kein zweites Land.

Das Reich der Mitte produziert seit 2005 etwa sechsmal mehr Sonnenkollektoren zur Wärmegewinnung als alle 27 Staaten der EU zusammen. In einem Fünfjahresplan sollen bis 2015 umgerechnet 370 Milliarden Euro für erneuerbare Energien ausgegeben werden. Zum Vergleich: Die USA haben in den letzten vier Jahren rund 80 Milliarden Dollar dafür aufgewendet. 2012 werden in China neun Prozent des gesamten Energiebedarfs ökologisch erzeugt, 2020 sollen es 20 % sein.

Das Riesenreich konnte oder wollte in den letzten Jahren bei der Rechtsstaatlichkeit und bei Menschenrechten keine Fortschritte erzielen. Allein seit Anfang November verbrannten sich in Tibet über 30 vorwiegend junge Menschen aus Protest gegen die brutalen Unterdrückungsmaßnahmen Pekings gegen seine Minderheiten im Land.

Aber in der Wirtschaftspolitik ist China auf dem Weg in eine grüne Zukunft. Allerdings werden auch heute noch über 70% der Energie aus schmutziger Kohle gewonnen. Die chinesischen Kohlekraftwerke arbeiten jetzt allerdings effizienter als noch vor zehn Jahren. Viele grüne Projekte werden freilich gegen den Willen der Bevölkerung realisiert. Zur Errichtung des Drei-Schluchten-Staudamms in Südchina mussten drei Millionen Menschen zum Teil zwangsumgesiedelt werden. Durch diese ökodiktatorischen Maßnahmen werden jetzt jedes Jahr 23 Milliarden Kilowattstunden Strom erzeugt.

Im Umweltbereich arbeiten kaum zwei Länder so eng zusammen wie China und Deutschland. Schon vor fünf Jahren hat Peking das deutsche Erneuerbare-Energien-Gesetz in der Intention übernommen. Chinas Regierung unterstützte in den letzten Jahren seine Solarindustrie mit etwa 40 Milliarden Euro zinslosen Krediten. Diese Politik ist auch dem Druck von unten geschuldet.

Kaum jemand weiß hierzulande, dass es in China aktive Greenpeace-Gruppen gibt, die oft mit Hilfe der lokalen Bevölkerung erfolgreich für Umweltschutz kämpfen. Allein im Jahr 2010 gab es nach Angaben der Kommunistischen Partei 90.000 lokale Aufstände, hauptsächlich ging es dabei um Umweltschutz-Themen. Auch deshalb müssen die Regierung und die Partei handeln. Hundertausende Chinesen sterben jedes Jahr an Umweltbelastungen, Umweltgiften, Feinstaub und Smog.

Bis zum Jahr 2020 sollen 200.000 Megawatt Windkraftstrom installiert sein. Das ist siebenmal mehr als heute in Deutschland. Schon jetzt ist China vor den USA und Deutschland Windweltmeister. Die Pekinger Tsinghua-Universität hat errechnet, dass  China allein mit Windkraft doppelt so viel Strom erzeugen könnte wie heute alle 1,3 Milliarden Chinesen verbrauchen.

In der Inneren Mongolei will die chinesische Regierung bis 2020 das weltgrößte Solarstromkraftwerk errichten mit einer Leistung von zwei Gigawatt. Damit können drei Millionen Menschen versorgt werden. In China herrschen optimale Bedingungen, in vielleicht 30 bis 40 Jahren zu 100 % auf erneuerbare Energien umzusteigen. Das Land will sein altes fossiles Wachstumsmodell der Schwerindustrie auf erneuerbare Energieträger umstellen und setzt dabei hauptsächlich auf die reichlich vorhandene Windkraft und Solarenergie.

Beim Ausbau der Netze für die Energierevolution hängt China freilich ähnlich zurück wie Deutschland. Im Mobilbereich ist das Land Deutschland voraus. Es gibt Millionen Elektro-Fahrräder und Millionen Elektro-Roller auf Chinas Straßen. Bis 2020 sollen fünf Millionen Elektroautos dazu kommen. Na dann, gute Fahrt.

Quelle: © Franz Alt 2012 / sonnenseite.com

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Deutschland - du hast es besser!

Nach Angaben der deutschen Bundesnetzagentur waren Ende Oktober 2012 Photovoltaik-Anlagen mit einer Leistung von mehr als 31.6000 Megawatt (MW) am Netz. Das ist weit mehr als in jedem anderen Land der Welt. Das ist aber vor allem auch - bei einer rund 10mal grösseren Bevölkerung - rund das 100fache dessen, was in der Schweiz installiert ist.

Im laufenden Jahr 2012 sind in Deutschland bis einschließlich Oktober rund 6.800 MW Solarleistung neu installiert worden - in der Schweiz dürften es zwischen 100 und 150 MW sein. Solaranlagen zu bauen ist eine Sache. Sie wirtschaftlich zu betreiben ein ganz andere. Die kaufmännische Betriebsführung (KBF) bildet die Schnittstelle zwischen den Eignern eines Solarparks und allen weiteren relevanten Projektteilnehmern, wie z.B. Banken, Versicherungen, technische Betriebsführung und Behörden. In dieser zentralen Rolle ist die sorgfältige KBF ein wichtiger Faktor für den erfolgreichen Betrieb eines Solarparks. wie das Haus der Technik schreibt.

Das Seminar "Kaufmännische Betriebsführung von Solarparks" am 30.1.2013 im Haus der Technik in Essen vermittelt den Seminarteilnehmerinnen und -teilnehmer die wesentlichen Elemente (z.B. Reporting, Controlling, Vertragsmanagement usw.) der kaufmännischen Betriebsführung von Solarparks und vertieft diese anhand von realen Beispielen. Kurse in der Schweiz bietet Swissolar an (>>> Weiterbildungsangebote in der Schweiz). Ziel solcher Kurse ist es, den Teilnehmerinnen und Teilnehmern fundierte und aktuelle Kenntnisse der Methoden der kaufmännischen Betriebsführung von Solaranlagen zu an die Hand zu geben und diese in Frage- und Diskussionsrunden zu vertiefen. 

Quelle: Haus der Technik e.V. 2012

© Solarmedia Text und Bild

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