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Mit Sonnenstrom und intelligenter Speicherung zur Energiewende

Bei der Veranstaltungsreihe „Forschung #Industrienah“ am Welser Campus der Fachhochschule OÖ am 20. September 2021 standen bei der Abendveranstaltung die Energiewende und die unterschiedlichen Wege dorthin im Mittelpunkt der Vorträge und Statements.

Auf die maximale Solarisierung unserer Energie setzt das global agierende Welser Familienunternehmen Fronius International. Die für eine fossilfreie Energiezukunft geprägte Vision lautet dementsprechend „24 Stunden Sonne“. „Dabei geht es darum, die erneuerbare Sonnenenergie nicht nur mit noch nie dagewesener Effizienz zu erzeugen und zu speichern, sondern dann intelligent und kosteneffizient zu verteilen und zu verbrauchen“, erklärt Fronius International-Geschäftsführerin Mag. Elisabeth Engelbrechtsmüller-Strauss bei ihrem Vortrag. Und ergänzt: „Und wir sprechen hier nicht nur von Elektrizität. Es geht auch um Warmwasser, Heizung und Elektro-Mobilität. Auch im öffentlichen Verkehr.“

Wie aber kann der in Photovoltaik-Anlagen erzeugte Sonnenstrom intelligent verteilt und verbraucht werden? Oder anders gefragt: Wie kann Sonnenstrom in die Nacht beziehungsweise in den Winter transferiert werden? Die Lösung sind Wechselrichter und damit die „Intelligenz einer PV-Anlage“, wie es Engelbrechtsmüller-Strauss formuliert.

Wasserstoff im externen Tank

Und so funktioniert‘s: Während des Tages und bei ausreichender Sonneneinstrahlung können die Stromverbraucher direkt über den PV-Wechselrichter betrieben werden. Stromüberschüsse werden auf mehrere Arten genutzt. Einerseits werden damit Batterien geladen, die in den Abend- und Nachtstunden die benötigte Energie zur Verfügung stellen. Andererseits wird mit den Stromüberschüssen der Sommermonate ein Elektrolyseur in der Energiezelle versorgt. Dieser erzeugt Wasserstoff, der im externen Tank gespeichert wird. Im Winter wird der gespeicherte Wasserstoff wieder zurück in Strom gewandelt. Diese Umwandlungsprozesse erzeugen zusätzlich Abwärme, die zur Warmwasseraufbereitung und zur Heizungsunterstützung verwendet wird. Das Energiemanagementsystem sorgt also für die optimierte Energienutzung und -verteilung.

Grüner Wasserstoff

Die Zukunftsvision von ökologischer Mobilität treibt Fronius International auch mit dem sogenannten Solhub voran, den das Hightech-Unternehmen zur Marktreife entwickelt hat. Diese Wasserstoff-Tankstelle erzeugt in Thalheim bei Wels ökologisch sauberen Wasserstoff aus Sonnenenergie, der zum Antrieb von Brennstoffzellenfahrzeugen genutzt werden kann. „Eine Energiewende macht ja nur Sinn, wenn der Strom wirklich ein grüner ist und nicht nur so eingefärbt“, sagt Engelbrechtsmüller-Strauss.

Zitat:
„Ich plädiere auf dem Weg zur Energiewende für die bestmögliche Nutzung aller versiegelten Flächen für die Energieerzeugung durch PV-Anlagen.“
Mag. Elisabeth Engelbrechtsmüller-Strauss
GF Fronius International

Vom Wert des Energiespeicherns

Vortragender bei dieser Veranstaltung der FH Oberösterreich war auch Dr. Andreas Hauer, Vorstandsvorsitzender des Bayerischen Zentrums für Angewandte Energieforschung (ZAE). Sein Thema: Der Wert des Energiespeicherns in einem zukünftigen Energiesystem.

„Ein Energiespeicher kann Energie aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben. Wobei der Speicherprozess prinzipiell aus den drei Schritten Laden, Speichern und Entladen besteht“, so Hauers Definition eines Energiespeichers. Gespeichert werden verschiedene Formen von Energie wie Elektrizität, Wärme, Kälte, mechanische oder chemische Energie, in der Regel werde die aufgenommene Energieform auch wieder so abgegeben. „Häufig wird jedoch die geladene Energieform zur Speicherung in eine andere Form umgewandelt“, erklärt Andreas Hauer und nennt als Beispiel ein Pumpspeicherkraftwerk. „Hier wird der Strom in Lage-Energie umgewandelt“, sagt Hauer, um in der Folge näher auf das Speichersystem einzugehen.

Energiespeicher und ihre Anwendungen

Dieses zwischen Quelle und Abnehmer liegende Speichersystem ist für Hauer „eingekreist von der Anwendung“. Und diese Anwendung würde die technischen und die ökonomischen Anforderungen bestimmen und nicht zuletzt für die Unterscheidung zwischen Energie- und Leistungsspeicher verantwortlich sein. „Für die Ladeinfrastruktur etwa braucht es Leistungsspeicher. Da wollen wir hohe Leistung haben, um sehr rasch laden zu können“, erklärt Hauer. Ein Beispiel für einen Energiespeicher wiederum sei ein saisonaler Speicher, mit dem man Wärme aus dem Sommer in den Winter bringe.

Energiespeicher im Kühlschrank

Ob nun Energie oder Leistung gefragt sind, deren Speicherung und damit Verfügbarkeit bringe eine Vielfalt an Vorteilen. „Man kann hier etwa Flexibilität, Sicherheit, Mobilität und Autarkie anführen“, erklärte Hauer und bringt das Beispiel eines am ZAE entwickelten Kältespeichers. „Dieser wird in einem Kühlschrank integriert und generiert für das elektrische Netz eine verschiebbare Last, indem er Elektrizität in Kälte umwandelt. Nach einer Ladezeit von zwei bis drei Stunden kann dieser Speicher den Kühlbetrieb für sieben bis acht Stunden aufrechterhalten“, sagt der promovierte Physiker und erklärt: „Hätten 20 Millionen Kühlschränke diesen kleinen Energiespeicher eingebaut, könnten eine elektrische Leistung von 1,15 GW und eine Speicherkapazität von 3,5 GWh generiert werden. Was das Netz entsprechend entlasten würde.“ Vor allem in Entwicklungsländern mit einem schwachen Stromnetz. „Dort brächte dieser kleine Speicher Vorteile für den Verbraucher, den Hersteller, die Energieversorger und die Netzbetreiber“, so Andreas Hauer.

Bremsenergie der Züge speichern

Ein wichtiges Thema ist für Hauer auf dem Weg zur Energiewende neben der Integration Erneuerbarer Energien, die Steigerung der Energieeffizienz durch Speicherung von Energie. Als Beispiele nennt er im industriellen Kontext die Abwärme („Eine riesige, aber kaum genutzte Quelle“) und die Rekuperation mechanischer Energie. Dabei wird die Bremsenergie von Zügen am Bahnsteig in Schwungradspeichern gespeichert. Diese Speicher haben eine sehr hohe Leistung, laden und entladen in nur 25 Sekunden und könnten die kritische Leistungsspitze der wieder abfahrenden Züge abfedern. Und dadurch Energieverbrauch und die CO2-Emissionen reduzieren.

Zitat:
„Energiespeicherung sollte immer nur mit einer bestimmten Anwendung gedacht werden. Denn der Wert von Energiespeichern kann nur für konkrete Anwendungsfälle quantifiziert werden.“
Dr. Andreas Hauer
Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung

Über die FH OÖ

Mehr als 440 Forscher*innen der FH ÖO widmen sich aktuellen und wichtigen Themen, die in den sechs Center of Excellence wissenschaftlich und industrienah erforscht werden, und erbringen ein Drittel der gesamten Forschungsleistung an Österreichs Fachhochschulen. 557 laufende nationale und internationale Projekte sowie knapp 630 Partner aus Wirtschaft und Gesellschaft machen uns zur forschungsstärksten Fachhochschule österreichweit mit einem beachtlichen Umsatz von 20,27 Mio. Euro im Jahr 2020.

Bildtext: Mag. Elisabeth Engelbrechtsmüller-Strauss (Fronius International) Bildquelle: FH OÖ/B.Plank_imBILDE.at

Bildtext: Dr. Andreas Hauer (ZAE Bayern) Bildquelle: FH OÖ/B.Plank_imBILDE.at

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