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Konzentrierende Solarstromsysteme für sonnenreiche Standorte

Hohe Materialkosten sind eines der Probleme, wenn es darum geht, wirtschaftliche Photovoltaiksysteme zu produzieren. Die Freiburger Concentrix Solar GmbH, gegründet 2005 von Wissenschaftlern des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE), umgehen das Problem: Sie setzen bei ihren Konzentratorzellen durch günstige Linsentechnologie weniger, dafür aber besonders effiziente Solarzellen ein. Anders als bei herkömmlichen Siliziummodellen fokussieren Fresnellinsen das Sonnenlicht, das 500-fach konzentriert auf die Gallium-Arsenid-Solarzellen trifft. Deren außergewöhnlich geringe Größe von nur etwa 0,03 Quadratzentimeter erlaubt es, hochwertige Halbleitermaterialien zu nutzen, die bisher nur in der Raumfahrt im Einsatz waren. Die Gesamtfläche an Halbleitermaterialien ist folglich niedriger als bei Siliziumflachmodulen. Das macht die Konzentratortechnologie zu einer Option, die vor allem in südlichen Ländern mit hoher Direkteinstrahlung besonders effektiv ist.

Das zweijährige Projekt testete die Technik erstmals in Deutschland in einem Demonstrationssystem um sie zur Serienreife zu bringen. Die Anzahl von 330 Modulen konnte Concentrix 2007 mit halb so vielen Modulen ersetzen, die mehr als doppelt so viele Zellen haben. Bei einem Wirkungsgrad von knapp einem Drittel lag der Ertrag bei bis zu 6400 kWh pro Jahr. Für Gebiete wie den Mittelmeerraum produzieren sie sogar die doppelte Strommenge.

Der Praxistest erwies sich als überaus erfolgreich: Mit den Erkenntnissen aus dem Demonstrationssystem baute Concentrix inzwischen eine 100 KW-Anlage in Spanien. Die neue Produktionsanlage im Freiburger Gewerbegebiet Haid startet mit einer Produktionskapazität von 25 MW. Als herausragendes Start-up Unternehmen erhielt Concentrix im Januar 2008 den 28. Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft.

Weitere Informationen finden Sie auf der Homepage der Firma Concentrix.

Projektdaten

Projektnummer 2006-04
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Concentrix Solar GmbH
Laufzeit Januar 2006 bis Juni 2008
Zuschuss 160.400

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Energetische Nutzung von brennwertarmem Deponieschwachgas durch Reformierung mit Biogas
Freiburg

Biogas soll die sinkende Deponiegasmenge ersetzen

Beim biologischen und chemischen Abbau von organischem Abfall entsteht Methan, das sich in einem Blockheizkraftwerk in Strom und Wärme umwandeln lässt. Seit 2005 ist es in Deutschland aber verboten, Abfälle einzulagern ohne sie vorzubehandeln, so dass kaum noch organisches Material auf den Deponien anfällt. Diese an sich erfreuliche Entwicklung führt dazu, dass die Menge des Deponiegases sinkt und seine stärker schwankende Qualität Probleme beim Verbrennen bereitet. In den 300 bereits oder bald geschlossenen deutschen Deponien entstehen gleichzeitig in den nächsten Jahren noch etwa 180 Mio. Kubikmeter Deponiegas, das die Betreiber wegen seiner minderen Qualität oft abfackeln müssen. Die badenova Wärmeplus zusammen mit der Abfallwirtschaft und Städtereinigung Freiburg (ASF) und der Firma Remondis BKF lösten das Problem mit einem innovativen Verfahren, das schwaches Deponiegas mit Biogas aufwertet. Anschließend verwertet das Blockheizkraftwerk Landwasser das neue Gasgemisch zur Erzeugung von Strom und Heizwärme und erbringt so in zehn Jahren 101.500 Megawattstunden mehr als unkombinierte Verfahren. Das Biogas dafür stammt aus der Biogasanlage der Firma Remondis in der Freiburger Tullastraße, die den Bioabfall aus der Biotonne verarbeitet. Weil Regel- und Verfahrenstechnik noch unerprobt waren prüfte der Testlauf in verschiedenen Phasen unterschiedliche Gasgemengen, um den Prototyp zu optimieren. Mindestens 45 weitere Deponien in Deutschland eignen sich für das Verfahren und lassen mit einem Potential von 27 Millionen Kubikmetern Deponiegas eine Ausbeute von 100 Gigawattstunden klimafreundlicher Strom- und Wärmeerzeugung erwarten. Weiterführende Informationen zum Vorhaben und den Ergebnissen aus dem Projekt finden Sie im beigefügten Abschlussbericht. Spannende Hintergründe zu weiteren ökologischen Aktivitäten finden Sie unter anderem in einem aktuellen Förderprojekt zur Verwertung biogener Abfälle . Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Die Brennstoffzusammensetzung hat einen großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Anlagenbetriebs. Je nach Brennstoffzusammensetzung ergeben sich sehr unterschiedliche Brennstoffmischkosten (Reformgas, Biogas, Biomethan) und weiterhin wird der eingespeiste Strom entsprechend den Brennstoffbestandteilen unterschiedlich hoch vergütet. Die schnell schwankenden Änderungen der Brennstoffzusammensetzung und der Brennstoffmenge, als auch die fehlende Versorgungssicherheit bei Ausfall einer Gasproduktionsstätte führen zu höheren Stillstandszeiten im Vergleich zu erdgasgasversorgten BHKW-Konzepten. Zur Regelung der Brennstoffzusammensetzung ist ein MSR-System erforderlich, welche die Druckverhältnisse, Heizwerte und Mengenanteile so aufeinander abstimmt, dass sämtliche Anlagen innerhalb ihrer vorgegebenen Parameter betrieben werden können.

Regionales Konzept zur Entwicklung der Erneuerbaren Energien und zur Reduzierung der CO2-Emissionen
südlicher Oberrhein

Energieatlas - Verbrauch und Potential der Region

Seit 2008 zur Partnerschaft ‚Klimaschutz am Oberrhein’ zusammengefasst, hatten es sich die die Landkreise Ortenau, Emmendingen und Breisgau-Hochschwarzwald sowie der Stadtkreis Freiburg schon vorher zum Ziel gesetzt, den Energieverbrauch zu senken. Unterstützt durch die Energieagenturen aus Freiburg und Offenburg erarbeiten die Kreise des Regionalverbandes südlicher Oberrhein deshalb ein regionales Entwicklungskonzept und verwendet dieses Planungsinstrument erstmals mit Schwerpunkt auf den erneuerbaren Energien. Teil 1, der Energieatlas Region Südlicher Oberrhein, der sich auf Daten der Verwaltungen und Energieversorger stützt, beschreibt den gegenwärtigen Zustand. Er stellte fest, dass die Region pro Jahr 24.000 Gigawattstunden Energie benötigt, was in etwa 2,4 Millionen Litern Heizöl entspräche. Tatsächlich macht das Öl nur noch 28 Prozent aus während Erdgas ein gutes Drittel beansprucht. Die Industrie verbraucht knapp ein Drittel, die Privathaushalte knapp die Hälfte der Energiemenge, wobei der Atlas besonders im Immobilienbereich große Einsparpotentiale feststellt: Dort verbrauchen die Gebäude, die älter sind als die Wärmeschutzverordnung von 1984, über 80 % der Energie. Indem man die Gebäude besser dämmt oder klimafreundliche Heizoptionen einbaut lässt sich dieser Wert wesentlich reduzieren. Insgesamt kann die Region ihren Energieverbrauch halbieren, indem sie beispielsweise noch stärker Kraftwärmekopplung oder alternative Energiequellen wie Wasser oder Biomasse nutzt. Das ist das Ergebnis der langfristigen Klimaschutzstrategie, mit dem sich der zweite Teil der Studie beschäftigt. Mit der ausführlichen Studie sowie den konkreten Plänen, Energie effizienter einzusetzen und mehr erneuerbare Energiequellen zu verwenden ist der Regionalverband südlicher Oberrhein Vorbild für andere Regionen. Auf einer regionalen Ebene betrachtet, veranschaulicht das Projekt, das immense Marktpotential, das sich im Bereich klimafreundlicher Technologie für das lokale Handwerk ergibt. Mehr Informationen auf der Homepage des Projektes .

TeWaB, Wirkungsgradsteigerung eines BHKW mittels Thermoelektrischem Wärmetauscher
Freiburg

Thermoelektrische Generatoren im Hochtemperaturbereich für BHKW

Wie wirtschaftlich ein BHKW ist, hängt wesentlich von dessen elektrischem Wirkungsgrad ab. Wärmetauscher mit thermoelektrischen Generatoren können aus dem heißen Abgas des BHKWs zusätzlich Strom gewinnen und damit den Wirkungsgrad erhöhen. Thermoelektrische Generatoren wandeln Wärmeströme zwischen einer warmen und einer kalten Seite in elektrische Energie um. Sie sind robust, weitgehend wartungsfrei und langlebig, jedoch eigneten sich herkömmliche Generatoren nur für Temperaturen bis 200 °C. So bleibt die Wärmeenergie aus dem Abgasstrom ungenutzt. Das Fraunhofer Institut für physikalische Messtechnik (IPM) hat in den vergangenen Jahren erstmals Module entwickelt, die sich für Temperaturen bis 550 °C eignen. Zusammen mit der Firma Schleif Automation, spezialisiert auf den innovativen Anlagenbau, entwickelt das IPM einen thermoelektrischen Generator, der parallel zum vorhandenen Wärmetauscher die BHKW-Abwärme nutzt. Hierdurch kann neben der reinen Brauchwassererwärmung zusätzlich mit Hilfe des Wärmetauschers elektrischer Strom generiert werden. Das Projektteam simuliert zunächst das Verhalten des thermoelektrischen Wärmetauschers bei Betrieb im Abgasstrom eines BHKWs, um eine möglichst hohe Ausbeute an elektrischer Leistung zu erzielen. Danach wird ein eigens optimierter thermoelektrischer Wärmetauscher hergestellt und in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW eingesetzt. Die anfallenden Daten integrieren die Forscher in die BHKW-Steuerungssoftware, um einen reibungslosen und effektiven Betrieb zu garantieren. Nach dieser Testphase kommt der Wärmetauscher in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW zum Einsatz. Die Forscher rechnen damit, dass ihr System den elektrischen Wirkungsgrad der BHKW um etwa 3 % steigert. In Zukunft könnten solche thermoelektrische Generatoren nicht nur in BHKWs, sondern auch in Fahrzeugen Verwendung finden und so dazu beitragen Treibstoff und CO2 einzusparen.