Forscher in Karlsruhe haben ein großes Testgelände für Stromspeicher mit Photovoltaikanlagen aufgebaut. Dort entwickeln sie Prototypen für kleine Batteriesysteme. 2016 sollen die ersten auf den Markt kommen.
Seit Spätsommer 2014 betreibt das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) einen ungewöhnlichen Solarpark. Er leistet ein Megawatt, ist aber in 100 Systeme aufgeteilt, quasi kleinteilig parzelliert. Die Zehn-Kilowatt-Generatoren sind unterschiedlich aufgeständert, ausgerichtet, nutzen unterschiedliche Solarmodule und Speichersysteme.
Das Ziel: Die Forscher wollen den optimalen Mix aus Photovoltaik und Batteriespeicher finden und die Ladeelektronik verbessern. Das Thema ist alles andere als trivial, denn Lithiumbatterien sind keine simple Technik. Sie brauchen ausgefeiltes Batteriemanagement, Laden und Entladung müssen genau auf einander abgestimmt sein.
Wachsende Komplexität
Diese komplizierte Technologie mit der fluktuierenden Sonnenenergie zu verbinden, erhöht die Komplexität. „Wir werden bald Prototypen für Solarspeicher im Privatbereich haben, die sicher sind – und preislich so attraktiv, dass sich der Markt dafür öffnet“, sagt Olaf Wollersheim, einer der Projektleiter am KIT. Zudem soll die neue Speichergeneration wird die Netzdienlichkeit erneuerbarer Energien deutlich verbessern, also die Stromnetze stützen. Das Potenzial für solche Systeme sei da, wie Wollersheim meint, „und es wird noch wachsen.“
Für den Projektleiter und seinen Kollegen Andreas Gutsch ist es nur eine Frage kurzer Zeit, bis die Energiewende auch in Deutschland wieder Fahrt aufnimmt. „Die Frage, mit welchen Technologien die Energiewende gelingen kann, wollen wir beantworten“, ergänzt Wollersheim. „Deshalb forschen wir intensiv und interdisziplinär, entwickeln die geeigneten Technologien selbst mit.“
Auf dem Gelände von Euratom
Das neue Solarfeld entstand auf einem Gelände, das früher zu Euratom gehörte. Nun werden dort marktreife Systeme aus Photovoltaik, Solarakkus und zusätzlichen Generatoren entwickelt. Dazu arbeiten am KIT etwa hundert Forscher und Entwickler aus der Chemie, Materialforschung, Produktions- und Verfahrenstechnik, Elektrotechnik, Produktentwicklung, Fahrzeugsysteme, Informatik und Technikfolgenabschätzung zusammen.
Als Industriepartner für das Photovoltaiktestfeld wurden Solarwatt aus Dresden und Kostal Solar Electric gewonnen. Solarwatt hat die Module für den Solarpark geliefert. Von Kostal kommen die Piko-Wechselrichter, die dort im Einsatz sind.
Mehr als 100 Konfigurationen
Die fest installierten Solarpaneele unterscheiden sich zum Beispiel in ihren Komponenten und in der Neigung, aber auch in ihrer Ost-West-Ausrichtung, die in Summe etwa dem Lauf der Sonne entspricht. Damit wollen die Karlsruher Forscher unter anderem einen möglichst ausgeglichenen Lastgang über den Tag hinweg erreichen. Dadurch vermeiden sie, dass die Solargeneratoren um die Mittagszeit sehr viel Strom liefern (Mittagsspitze), am Vormittag oder Nachmittag hingegen zu wenig.
Ein ähnlicher Effekt ließe sich auch mit Systemen erreichen, die sich nach der Sonne ausrichten, also auf Tracker (Nachführsysteme) montiert wurden. Ihr Ertragsprofil ist wesentlich ausgeglichener als bei starr installierten Modulen. Zudem erzeugen sie deutlich mehr Solarstrom pro Quadratmeter Modulfläche. Aber die Investitionskosten sind höher als bei starren Anlagen, auch die Wartungskosten sind deutlich höher.
Inzwischen sind Photovoltaikmodule so günstig, dass der Mehrertrag den Aufwand für Nachführung zumindest für ein Projekt wie in Karlsruhe nicht rechtfertigt. „Wir haben hier in Karlsruhe kein Platzproblem und müssen auch nicht eine bestimmte Menge an Solarstrom generieren, wie etwa ein produzierendes Unternehmen, das eine möglichst hohe Eigenbedarfsdeckung auf begrenzter Fläche erreichen will“, begründet Wollersheim. „Also haben wir lieber mehr Modulfläche aufgebaut.“
Erzeugung und Bedarf ausgleichen
Der Solarspeicherpark ist so aufgebaut, dass man damit das Zusammenspiel der neuesten Generationen von Solarmodulen, Stromrichtern und Lithium-Ionen-Batterien untersuchen kann. „Der flächendeckende Ausgleich von Stromerzeugung und Bedarf ist ein wichtiger Baustein für die Energiewende“, analysiert Wollersheim. „Deshalb brauchen wir die unterschiedliche Ausrichtung der Module, und deshalb vor allem die Zwischenspeicherung des Sonnenstroms in Batterien.“
Den vollständigen Forschungsreport lesen Sie im Maiheft der Fachzeitschrift photovoltaik, das am 7. Mai 2015 erscheint.
