Umweltverträgliche Energie für eine nachhaltige Gesellschaft
Professur Leistungselektronik und elektromagnetische Verträglichkeit der TU Chemnitz ist an internationalem Forschungsprojekt beteiligt - Ziel ist eine weitere Verbreitung der Solarenergie-Nutzung
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Leistungshalbleiter - hier eine Diode aus Siliciumcarbid - sind oft klein und unscheinbar, aber sie bestimmen den Wirkungsgrad des Systems. Diesen zu erhöhen, ist eins der Ziele des Forschungsprojektes. Foto: Ronny Schuffenhauer
Trotz des erheblichen Zuwachses in den vergangenen Jahren kommen derzeit nur rund drei Prozent des deutschen Stroms aus Sonnenenergie. Die Nutzung der Sonnenenergie europaweit zu erhöhen, ist Ziel des internationalen Forschungsprojektes "Energy for a Green Society: From Sustainable Harvesting to Smart Distribution. Equipments, Materials, Design Solutions and their Applications" (zu Deutsch: "Energie für eine grüne Gesellschaft: von der nachhaltigen Erzeugung zur intelligenten Verteilung. Anlagen, Materialien, Gestaltungslösungen und ihre Anwendungen"). 34 europäische Partner sind am Projekt beteiligt. Unter den sieben deutschen Partnern, die durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Hightech-Strategie und dem Rahmenprogramm IKT 2020 unterstützt werden, ist die Professur für Leistungselektronik und elektromagnetische Verträglichkeit der Technischen Universität Chemnitz. Die Fördersumme für die TU Chemnitz beträgt 165.000 Euro für drei Jahre.
"Strom aus Solarenergie steht, wie auch bei Windenergie, nicht konstant zur Verfügung. Umwelteinflüsse sorgen für Schwankungen, Überschüsse müssen gespeichert werden", erläutert Prof. Dr. Josef Lutz, Inhaber der Professur Leistungselektronik und elektromagnetische Verträglichkeit, einige der Gründe, weshalb die Solarenergie bisher noch keine weitere Verbreitung gefunden hat. "Zudem sind hochwertige Solarzellen auf Silizium-Basis mit einem Wirkungsgrad von knapp 20 Prozent sehr teuer. Hinzu kommen Verluste bei der Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom und bei der Speicherung", so Lutz weiter. Um den Anteil der Solarenergie an der Stromproduktion zu erhöhen, wollen die Wissenschaftler im Rahmen des Forschungsprojektes die Effizienz der Photovoltaikelemente von derzeit 16 bis 18 Prozent auf 20 bis 25 Prozent verbessern. Außerdem zielen sie auf eine Optimierung aller weiteren elektrischen Komponenten, die für den Einsatz der Photovoltaik nötig sind. Weiteres Ziel ist eine deutliche Kostensenkung. Ebenso werden andere Ansätze wie organische Solarzellen und Farbstoffsolarzellen betrachtet. Ein weiterer Punkt ist die Nutzung der so genannten Concentrated Photovoltaik, bei der das Licht auf eine kleine Fläche gebündelt wird. Dort befinden sich dann teurere, aber in der Lichtausnutzung sehr viel effektivere Zellen.
Weiteres Vorhaben im Rahmen des Projektes ist es, das Verfahren zu verbessern, mit dem die Solarzelle im Zustand der höchstmöglichen Leistung gehalten wird. "Bei den notwendigen Photovoltaikwechselrichtern sollen die Verluste um 20 Prozent reduziert und die Kosten durch geringeren Materialeinsatz deutlich gesenkt werden", so Lutz. Auch die Stromnetze sind Thema: Die durch Sonnenenergie gewonnene Leistung wollen die Wissenschaftler durch so genannte "Smart Grids" optimal verteilen. "Diese Stromnetze werden auf ein perfektes Zusammenspiel zwischen Stromquellen, Speichern und Stromabnehmern optimiert", erklärt Lutz.
Die Chemnitzer Wissenschaftler arbeiten vor allem an der Verbesserung von Zuverlässigkeit und Effizienz von Wechselrichtern. Diese wandeln Gleichspannung bzw. -strom in Wechselspannung bzw. -strom. Die TU-Forscher wollen die Bauelemente durch thermisch-elektrische Simulation so optimieren, dass sie im Überstromfall höhere Belastungen aushalten. Eine Verbesserung der Diodenstruktur soll zudem für niedrigere Verluste sorgen. Dabei setzen die Wissenschaftler unter anderem das neue verlustarme Halbleitermaterial Siliciumcarbid ein. Auch die Belastungstests der Bauteile unter Anwendungs- und Überlastbedingungen sind an der Professur für Leistungselektronik und elektromagnetische Verträglichkeit TU Chemnitz angesiedelt. Die engsten Partner Infineon Technologies und SMA Solar Technology integrieren diese Bauteile dann in Leistungsmodule bzw. Photovoltaikwechselrichter.
"Projekte wie dieses verdeutlichen die zunehmende Bedeutung der regenerativen Energien. Um dem Bedarf an entsprechend ausgebildeten Ingenieuren Rechnung zu tragen, hat die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Chemnitz die neuen Bachelorstudiengänge Elektromobilität und Regenerative Energietechnik zum Wintersemester 2011/2012 eingeführt und bereitet die Einführung aufbauender Masterstudiengängen vor", sagt Lutz und betont: "Bereits Bachelorstudenten haben Gelegenheit zur Mitwirkung in internationalen Forschungsprojekten."
Weitere Informationen unter http://www.eniac-erg.org/ und bei Prof. Dr. Josef Lutz, Telefon 0371 531-33618, E-Mail josef.lutz@etit.tu-chemnitz.de.
Katharina Thehos
23.04.2012
