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Sonnenstrom aus dem Sixpack-Speicher

Doppelschichtkondensator speichert solare Energie - Chemnitzer Prototyp mit Zukunft

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Mirko Bodach am Prototypen eines Energiepuffers. Durch den Chemnitzer Doppelschichtkondensator kann solare Energie gespeichert und eine gleichbleibende Stromqualität ins Netz gegeben werden. Foto: TU Chemnitz/Uwe Meinhold

Als Energielieferantin ist die Sonne unberechenbar. Mal lässt sie sich den ganzen Tag nicht blicken. Dann wiederum sorgen vorüberziehende Wolken dafür, dass für einige Augenblicke nur Schatten auf die Solarzellen fällt. Bei diesem fluktuierenden Energieangebot käme es einem Zufall gleich, dass von den Solarzellen gerade so viel Sonnenenergie bereitgestellt wird, wie tatsächlich benötigt wird. Weil sich die Chemnitzer Wissenschaftler der Professur für Energie- und Hochspannungstechnik auf derartige Zufälle nicht verlassen wollen, haben sie sich eine intelligente Lösung einfallen lassen: Um das stetige Mehr- oder Minderangebot an Sonnenenergie auszugleichen, wurde ein Speichersystem auf Basis eines Doppelschichtkondensators entwickelt, das in der Lage ist, Energie für kurze Zeit zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben.

"Dieser Puffer ist eine Basis für ein intelligentes Energiemanagement-System der Zukunft", erläutert der wissenschaftliche Mitarbeiter Mirko Bodach, der die Entwicklung des Chemnitzer Doppelschichtkondensators von Anfang an begleitete und nun die weiterführende Forschung durchführt. "Zum einen wird keine Primärenergie vergeudet, zum anderen eine gleichbleibende Elektroenergieversorgung gesichert", so Bodach. Der Grundstein für dieses Projekt wurde bereits im letzten Jahr von Markus Armann gelegt, der in seiner Diplomarbeit nicht nur die Eignung eines Doppelschichtkondensators zur Kurzzeitpufferung in Solaranlagen nachwies, sondern zugleich auch einen Prototypen entwarf und dafür vom Mittelsächsischen Kompetenzzentrum für Energiemanagement und regenerative Energien (MKfE) ausgezeichnet wurde. Neu ist dieses Speicherprinzip nicht - nur wesentlich besser: So verfügen herkömmliche Akkus, die heute schon für vergleichbare Zwecke verwendet werden, im Vergleich zu der Chemnitzer Lösung nicht nur über eine viel geringere Lebensdauer, sie bringen auch weniger Leistung und sind zudem wesentlich wartungsbedürftiger.

Ein Microcontroller, dessen Regelalgorithmen von Heiko Wolfram
programmiert wurden, ist das Gehirn dieses neuartigen Energiespeichers. Der Minicomputer erfasst das von den Solarzellen bereitgestellte Energieangebot und zieht sofort die Konsequenzen. Trifft zum Beispiel für einige Zeit mehr Energie im so genannten Umrichter-System ein, als tatsächlich benötigt wird, leitet er dieses Überangebot zum Herzstück der Anlage weiter - einem "Sixpack"-Speicher, der aus sechs in Reihe geschalteten Doppelschichtkondensatoren besteht und der Größe einer Autobatterie entspricht. Dieses Kondensatoren-Paket ist in der Lage, überschüssige Solarenergie zu speichern und dem System bei Totalausfall der Photovoltaik wieder zuzuführen. Damit kann der Lastbetrieb für maximal fünfzehn Minuten gepuffert werden. Einfacher gesagt: Solange es Energie im Überfluss gibt, werden Reserven für schlechtere Zeiten angelegt. Dank dieses Puffers ist es möglich, eine gleichbleibende Stromversorgung auch in wolkenverhangenen Momenten sicherzustellen.

Bislang steht ein solches Speichersystem nur als Prototyp in den Chemnitzer Uni-Laboren. "Noch ist diese Technologie nicht ausgereift ", sagt der wissenschaftliche Mitarbeiter Mirko Bodach, obwohl sich der Doppelschichtkondensator bereits bei einer Vielzahl kleinerer Anwendungen bewährt hat - in solarbetriebenen Uhren zum Beispiel. "Aber darum geht es uns nicht", so der Diplomingenieur, "wir wollen damit zukünftig Solarenergie im großen Stil ins Netz stellen."

Noch wird durch Sonnen- oder Windkraft erzeugter Strom ohne große Überlegungen in das Energienetz eingespeist. Der Grund: Weil der Strom aus der Steckdose immer noch zu 90 Prozent aus den Kraftwerken der großen Energieversorger kommt, können die stetigen Schwankungen der regenerativ gewonnenen Energiemenge vernachlässigt werden. Diese Situation dürfte sich in den nächsten Jahrzehnten allerdings in ihr Gegenteil verkehren. So erwartet die Kommission der Europäischen Union in ihrem "Grünbuch", dass die Stromversorgung im Jahr 2050 zu 90 Prozent durch erneuerbare Energien abgedeckt werden wird. "Spätestens wenn solare Energie in großem Umfang ins Netz gespeist wird, bekommen wir durch die Fluktuation ein technisches Problem", prophezeit Bodach. Denn die Leistung einer Solaranlage schwankt bisweilen in wenigen Augenblicken um 80 bis 90 Prozent.

Spätestens dann aber könnte die große Stunde des Chemnitzer Energiespeichers schlagen. Er wäre in der Lage, dauerhaft für eine gleichbleibende Versorgungsqualität zu sorgen. Bis dahin gibt es aber auch an der hiesigen Professur für Energie- und Hochspannungstechnik noch jede Menge zu tun: Bislang eignet sich der Doppelschichtkondensators allenfalls als Kurzfristspeicher. "Vielleicht ist es uns ja möglich, durch entsprechende Weiterentwicklung des Verfahrens einem wirklich universalen Energiespeicher den Weg zu bereiten", sagt Mirko Bodach. Weil dieses Ziel nur Schritt für Schritt erreichbar ist, sollen weitere Diplom- und Doktorarbeiten, die vom Professor für Energie- und Hochspannungstechnik Wolfgang Schufft betreut werden, die Leistungsfähigkeit des Chemnitzer Energiespeichers verbessern helfen.

Noch steht dem Doppelschichtkondensator allerdings sein eigener Preis im Wege: Allein die Kondensatoren kosten als Sixpack-Speicher fast 1.500 Euro, weil sie heute noch in Handarbeit hergestellt werden. "Der Markt wird das regeln", da ist sich Mirko Bodach sicher.

Mario Steinebach
08.07.2002

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