Presseinformation 09/12 vom 10. Mai 2012

Die Höhe der Kosten für die in ihrer weltweiten Verbreitung stetig steigenden erneuerbaren Energien wird in der Öffentlichkeit mit viel Leidenschaft diskutiert. Oftmals werden dabei jedoch nicht alle verfügbaren Daten und Fakten in die Berechnungen einbezogen. Abhilfe verschafft hier die Studie »Stromgestehungskosten von erneuerbaren Energien«, die nun das Freiburger Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE aktualisiert hat.

»Im Gegensatz zu den steigenden Energiepreisen bei fossilen und nuklearen Stromquellen sinken die Stromgestehungskosten aller erneuerbaren Energien seit Jahrzehnten kontinuierlich«, sagt Prof. Dr. Eicke R. Weber, Leiter des Fraunhofer ISE. Die nun vorliegende Studie analysiert Stromgestehungskosten, die bei der Umwandlung bestimmter Energieformen aus Photovoltaik, solarthermischen Kraftwerken oder Windenergieanlagen in Strom entstehen.

In der aktualisierten Version der Studie »Stromgestehungskosten von erneuerbaren Energien« aus dem Dezember 2010 werden die aktuellen Trends in der Kostenentwicklung der vergangenen beiden Jahre aufgegriffen. Die marktüblichen Finanzierungskosten und Risikoaufschläge sind in dieser neuen Version noch detaillierter und zudem technologiespezifisch sowie länderabhängig angesetzt.

Das ermöglicht einen realistischen Vergleich sowohl von Kraftwerksstandorten als auch Technologierisiken und Kostenentwicklungen. »Die Höhe von Finanzierungskosten hat dabei einen erheblichen Einfluss auf die Stromgestehungskosten und die Wettbewerbsfähigkeit einer Technologie«, so Weber, »dies ist beim Vergleich zwischen der Studie von 2010 und der aktuellen Version zu beachten«.

»Ein wesentliches Ergebnis der Untersuchung ist, dass die Stromgestehungskosten bei der Photovoltaik nicht nur in Regionen mit sehr hoher Sonneneinstrahlung, sondern auch in Deutschland unterhalb des Endkundenstrompreises liegen«, erläutert Weber. So belaufen sich an deutschen Standorten die Stromgestehungskosten von Photovoltaik-Kleinanlagen auf 14 bis 20 Cent/kWh.

Für Photovoltaik-Freiflächenanlagen in Süddeutschland ergibt sich ein Wert zwischen 13 und 14 Cent/kWh. Im sonnigen Spanien sinken die Kosten für Freiflächenanlagen zwar nochmals signifikant auf 11 Cent/kWh, aber weniger stark als erwartet. »Die hohen Kapitalkosten in vielen südlichen Ländern erhöhen die Stromgestehungskosten erheblich, der Vorteil der starken Sonneneinstrahlung kommt dadurch nicht so stark zum Tragen wie er könnte«, so Dr. Thomas Schlegl, Leiter der Abteilung Renewable Energy Innovation Policy, die diese Studie erstellt hat.

Ähnlich sieht es bei der Nutzung der Windkraft aus: »Auch die Wettbewerbsfähigkeit von Windenergieanlagen gegenüber konventionellen Kraftwerken ist an guten Windstandorten erreicht«, sagt Weber. Die Stromgestehungskosten von Onshore-Windenergieanlagen liegen heute zwischen 6 und 8 Cent/kWh und damit im Bereich der konventionellen Kraftwerke aus den Bereichen Steinkohle, Braunkohle und Kernkraft.

Offshore-Windenergieanlagen verzeichnen dagegen trotz höherer Volllastzeiten von jährlich 3200 Stunden mit 12 bis 16 Cent/kWh deutlich höhere Stromgestehungskosten als Onshore-Anlagen. »Ursachen sind die teurere Installation sowie höhere Betriebs- und Finanzierungskosten im Bereich Offshore«, sagt Weber, »damit ist der Strom aus Offshore-Windenergieanlagen auch teurer als der aus Photovoltaik-Anlagen«.

Auch solarthermische Kraftwerke wurden in der Studie des Fraunhofer ISE untersucht. Diese weisen an Standorten mit einer jährlichen Direkteinstrahlung von 2000 kWh/m² Stromgestehungskosten von 18 bis 24 Cent/kWh auf. »Der Vergleich mit Photovoltaik-Anlagen am gleichen Standort zeigt aktuell einen Kostenvorteil der Sonnenenergie aufgrund der starken Kostensenkungen in den vergangenen Jahren auf«, so Christoph Kost, ein Mitautor der Studie.

Der Vorteil der Speicherbarkeit von Energie und der regelbaren Stromproduktion von solarthermischen Kraftwerken ist laut Weber dabei jedoch nicht berücksichtigt. Die Vorteile von höheren Volllaststunden von Windkraftanlagen, insbesondere von Offshore-Anlagen werden ebenfalls in den Stromgestehungskosten nicht abgebildet, spielen jedoch für die langfristige Energiesystementwicklung eine wichtige Rolle.

Fazit: Die Höhe der Stromgestehungskosten von erneuerbaren Technologien hängt maßgeblich von Parametern wie den spezifischen Anschaffungsinvestitionen für Bau und Installation der Anlagen ab. Hinzu kommen natürliche Bedingungen wie das regional unterschiedliche Strahlungs- und Windangebot am Standort, die Betriebskosten während der Nutzungszeit, die Lebensdauer der Anlage und die Finanzierungsbedingungen.

Dabei ist festzustellen, dass die Stromgestehungskosten aller erneuerbaren Energien insgesamt weiterhin kontinuierlich sinken. »Getrieben wird diese Entwicklung durch technologische Innovationen wie den Einsatz günstigerer und leistungsfähigerer Materialien«, so Schlegl. Hinzu kommen ein reduzierter Materialverbrauch, effizientere Produktionsprozesse und die Steigerung von Wirkungsgraden. Lediglich Rohstoffpreissteigerungen und eine schlechtere Standortauswahl können zu steigenden Stromgestehungs-kosten führen.

»In Kombination mit der zunehmenden Massenfertigung aufgrund des weltweit starken Marktwachstums konnten die spezifischen Investitionen und damit die Stromgestehungskosten der in dieser Studie analysierten Technologien unter dem Strich jedoch erheblich gesenkt werden«, berichtet Weber. Mit fallenden Stromgestehungskosten werde das Volumen dieser Märkte weiter deutlich wachsen und zu einer nachhaltig dynamischen Entwicklung der erneuerbaren Energien beitragen.

Lernkurvenbasierte Prognose von Stromgestehungskosten erneuerbarer Energien in Deutschland bis 2030.
Quelle: Studie »Stromgestehungskosten erneuerbare Energien« (Fraunhofer ISE, Mai 2012), Grafik: ©Fraunhofer ISE

Presseinformation 8/12 vom 16. April 2012

Am Montag, den 16. April 2012, startet die 8. Konferenz und Messe für konzentrierende Photovoltaik-Systeme (International Conference on Concentrating Photovoltaic Systems, CPV-8) im spanischen Toledo. Die Black Photon Instruments GmbH, ein Spin-Off des Fraunhofer ISE, wird erstmals auch mit einem eigenen Messestand an diesem wichtigen Branchenevent teilnehmen. An Stand Nr. 18 präsentiert das Freiburger Unternehmen Messinstrumente und Sensoren zur Steigerung der Effizienz von Konzentrator-Photovoltaik-Systemen. Black Photon Instruments hat mit dieser Spezialisierung erfolgreich eine der vielfältigen Nischen der Solarbranche genutzt.

Die Black Photon Instruments GmbH, ein junges Start-Up aus Freiburg, stellt Messinstrumente und Sensoren zur Messung des Sonnenspektrums und der Nachführgenauigkeit von Trackern in Konzentrator-Photovoltaik-Systemen her. Konzentrator-PV-Systeme konzentrieren das Sonnenlicht auf kleine hocheffiziente Mehrfachsolarzellen und richten ihre Module mit sogenannten »Trackern« nach dem Stand der Sonne aus. Die effiziente Umwandlung des einfallenden Lichtspektrums in Strom und das präzise Verhalten der Tracker bei der Nachführung der Module sind hierbei entscheidende Erfolgskriterien. Auf der heute in Toledo beginnenden 8. Konferenz und Messe für konzentrierende Photovoltaik-Systeme (International Conference on Concentrating Photovoltaic Systems, CPV-8) stellt Black Photon Instruments auch erste Details zu neu entwickelten Komplettsystemen aus, mit denen Klima- und Kraftwerksparameter erfasst und ausgewertet werden können. Das vierköpfige Team wird sich außerdem mit Vorträgen, u. a. zur Simulation von weltweiten spektralen Eigenschaften der Solarstrahlung, an der wissenschaftlichen Konferenz beteiligen.

»Mit der Black Photon Instruments GmbH hat das Fraunhofer ISE erneut ein Spin-Off mit großem Potenzial aus der Taufe gehoben. Gründungsidee war die Weiterentwicklung, Produktion und Vermarktung von Spektralsensoren auf Basis von III-V Komponentenzellen, die am Fraunhofer ISE entwickelt wurden«, so Dr. Andreas Bett, stellvertretender Institutsleiter und Bereichsleiter »Materialien – Solarzellen und Technologie«. Mit Komponentenzellen kann das Spektrum des Sonnenlichts analysiert werden, insbesondere die Auswirkung von wetter- und klimabedingten Veränderungen im solaren Spektrum auf die Leistung von Konzentrator-PV-Kraftwerken. Das Fraunhofer ISE verfügt auf diesem Gebiet über langjährige Erfahrung in Forschung und Entwicklung.

Erfreuliche Resonanz: Messtechnologie von Black Photon Instruments überzeugt am Markt

»Wir freuen uns über die Ausgründung und den gelungenen Start am internationalen Markt. Rund zwei Jahre nach dem Spin-Off steht Black Photon Instruments auf eigenen Beinen und arbeitet für Kunden von Freiburg bis Colorado in den USA«, so Dr. Joachim Jaus, Geschäftsführer von Black Photon Instruments. Nachdem das Unternehmen mit der Herstellung und dem Verkauf von Spektralsensoren erfolgreich gestartet war, erweiterte Black Photon Instruments sein Portfolio und entwickelt seitdem auch hochgenaue Sonnenstandsmessgeräte, die in Konzentrator-PV-Kraftwerken zum Einsatz kommen. Die von Black Photon Instruments entwickelten und hergestellten Messgeräte erfassen hochpräzise die Genauigkeit der Tracker. So können die Auswirkungen einer Veränderung der Trackerkonstruktion, z. B. eine Reduzierung der Materialstärke des Tragwerks, auf die Genauigkeit des Nachführsystems analysiert werden. Die Ergebnisse und deren Auswertungen sind wichtig für die Weiterentwicklung von Trackern und damit für die Effizienzsteigerung von Konzentrator-PV-Systemen. Auf Grund dieser Relevanz wird die Vermessung von Nachführsystemen ebenfalls Thema eines Konferenzbeitrags von Black Photon Instruments auf der CPV-8 sein.

Enge Bande: Kooperationen mit dem Fraunhofer ISE

Auch nach der Ausgründung im Juli 2010 verbinden das Spin-Off und das Mutterinstitut gemeinsame Vorhaben. Die Black Photon Instruments GmbH und das Fraunhofer ISE haben ein Kooperationsabkommen geschlossen und arbeiten intensiv an der Weiterentwicklung von Spektralsensoren. Ende 2011 konnte Black Photon Instruments ein von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördertes Projekt zur Entwicklung von neuartigen Sensoren für die Messung der spektralen Eigenschaften der Globalstrahlung gewinnen. In enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE, u. a. dem CalLab PV Cells und dem Concentrator Technology and Evaluation Center (ConTEC), werden hierfür Kalibriermessungen, vergleichende Messungen mit der Performance von PV-Modulen sowie Alterungstests durchgeführt.

Besuchen Sie Black Photon Instruments vom 16.–18.4.2012 auf der 8^th International Conference on Concentrating Photovoltaic Systems CPV-8 in Toledo (Spanien), Stand Nr. 18.

Über Black Photon Instruments

Die Black Photon Instruments GmbH wurde im Juli 2010 als Spin-Off des Fraunhofer ISE gegründet. Das Unternehmen befasst sich mit der Entwicklung, Produktion und Vermarktung von Messtechnik, die zur Überwachung und Betriebsführung von solaren Kraftwerken sowie zur Erforschung der Solarstrahlung verwendet wird. Die Black Photon Instruments GmbH mit Sitz in Freiburg hat heute vier Mitarbeiter, Geschäftsführer ist Dr. Joachim Jaus. Er hat am Fraunhofer ISE und der Universität Freiburg promoviert und war anschließend am Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems CSE in Boston, MA, USA tätig.

www.black-photon.de

Presseinformation 7/12 vom 11. April 2012

Aufgrund der wachsenden Bedeutung der Photovoltaik für eine Stromversorgung aus erneuerbaren Energien werden die Themen Zuverlässigkeit und Effizienz von PV-Modulen immer wichtiger. Der Workshop »PV-Module Reliability« widmet sich am 3. und 4. Mai 2012 in Lugano diesem wichtigen und vielschichtigen Thema. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und ISAAC Supsi laden im Rahmen des EU-Projekts »SOPHIA« das internationale Fachpublikum ein, sich über den aktuellen Forschungsstand auszutauschen und die bestehenden Anforderungen der Industrie an die Dauerhaftigkeit von Modulen in die Forschungsarbeit und Prüfpraxis zu integrieren. Die Registrierung ist bis 30.4.2012 unter folgendem Link möglich: http://form-gen.app.supsi.ch/form/view.php?id=8

Mit den Schwerpunkten Zuverlässigkeit und Gebrauchsdauer folgen die Workshop-Veranstalter Fraunhofer ISE und ISAAC Supsi dem Bedürfnis der PV-Branche, sich verstärkt mit Qualitätssicherungsthemen und verlässlichen Gebrauchsdauer- und Ertragsprognosen von Modulen zu beschäftigen. Denn die Optimierung der Zuverlässigkeit von PV-Modulen stellt neue Herausforderungen an Forscher, Produzenten und Zertifizierer: So muss vor allem die Balance zwischen Nachhaltigkeit und Ökonomie neu definiert werden. Die Frage nach dem Zusammenhang von Zuverlässigkeit und Sicherheit, die Durchführung zerstörungsfreier Messungen zur Bestimmung von Effizienz und Haltbarkeit sowie die Anforderungen anwendungsnaher Tests sind ebenso Aspekte des Workshops wie die Suche nach möglichen Ursachen für Abweichungen von den Spezifikationen und die Anforderungen seitens Investoren und Versicherungen.

Renommierte Experten

Peter Hacke (NREL), Tony Sample (JRC), Thomas Friesen (ISAAC Supsi) und Michael Köhl (Fraunhofer ISE) geben in Vorträgen einen Überblick zu den Themen »Mechanische Belastung«, »Potential Induzierte Degradation und Feuchte«, »UV-Strahlung und Feuchte«, »Fehlermöglichkeiten und deren Effekte« und »Materialien«. Michael Köhl, Veranstalter und Referent des Fraunhofer ISE, erklärt sich den Trend zur genaueren Analyse von Zuverlässigkeit von Modulen so: »Das Marktvolumen ist in den letzten Jahren erheblich gestiegen und viele neue Wettbewerber drängen in diesen attraktiven Zukunftsmarkt. Sie bringen auch neue Materialien und Konzepte mit, die qualifiziert werden müssen und ihre Langzeitbeständigkeit in kurzer Zeit unter Beweis stellen müssen, was intensive Forschung in diesem Sektor verlangt.«

Erfolgreiche Fortsetzung

Bereits beim 1. Workshop »PV Module Reliability« 2011 diskutierten 130 Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus 13 Ländern die unterschiedlichen Fragestellungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit von PV-Modulen, etwa die Prüfung der eingesetzten Materialien und Prüfverfahren, griffen aufgeworfene Fragen und Ergebnisse in der abschließenden Plenumsdiskussion auf und gaben so Industrie- und Forschungspartnern wichtige Anstöße zum weiteren Vorgehen hinsichtlich der Optimierung der Zuverlässigkeit von PV-Modulen. In Kleingruppen wurden Themen wie Qualitätssicherung, Gebrauchsdauerprognosen oder Materialanforderungen behandelt und bezüglich ihrer praktischen Umsetzung erörtert.

Über die Veranstalter

Das 1981 in Freiburg gegründete Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist das größte Solarforschungs-institut in Europa. Seit Jahren arbeiten Forscher des Fraunhofer ISE, z. B. im EU-Projekt »PV PERFORMANCE« oder dem nationalen Projekt »Zuverlässigkeit von PV-Modulen« (gefördert von BMU und Industrie), an Themen wie Effizienz und Dauerhaftigkeit von PV-Modulen und Materialien. Im Fokus stehen Materialanforderungen, ökonomische Umsetzbarkeit und Verbesserungsmöglichkeiten bei der Konstruktion von Modulen.

Das ISAAC Supsi feiert in diesem Jahr sein 30jähriges Bestehen. Im Mai 1982 wurde vom TISO (Ticino Solare) eine heute noch voll funktionsfähige 10 kW PV-Anlage als erste in Europa an das Stromnetz angeschlossen. Aus der damaligen kleinen Forschergruppe ist das heutige Institut für angewandte Nachhaltigkeit an der bebauten Umwelt (ISAAC) mit ca. 50 Mitarbeitern hervorgegangen, von denen 20 im Bereich Photovoltaik forschen und arbeiten.

Presseinformation 6/12 vom 3. April 2012

Die Markteinführung von Brennstoffzellensystemen nimmt Fahrt auf. Mit der Zielsetzung, Standards für die Zulassung, Zertifizierung und Normung für Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Komponenten und Systeme zu entwickeln hat sich jetzt eine Expertenplattform aus drei deutschen Forschungsinstituten gebildet.
Die teilnehmenden Institutionen sind das Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) in Duisburg, das Fraunhofer-Institut für Solare Energie-systeme ISE in Freiburg sowie NEXT ENERGY in Oldenburg.

Das akkreditierte Prüflabor BrennstoffzellenTechnik (PBT) des Zentrums für BrennstoffzellenTechnik (ZBT) sowie das Testzentrum Brennstoffzellen des Fraunhofer ISE bieten die normgerechte Prüfung von Brennstoffzellen-Modulen und Mikrobrennstoffzellen an. »Dies ist Voraussetzung für die Zertifizierung von Brennstoffzellenprodukten und damit für eine rechtliche Absicherung der Hersteller«, formuliert Joachim Jungsbluth, Leiter des PBT in Duisburg. Dr. Jürgen Wolf, Leiter des Testzentrums Brennstoffzellen am Fraunhofer ISE ergänzt: »Wir freuen uns, dass wir mit unseren Testzentren den Unternehmen einen direkten Zugang zu den geforderten Prüfungen anbieten können.«

PBT, Fraunhofer ISE sowie NEXT ENERGY engagieren sich seit Jahren in den deutschen und internationalen Normungsgremien. Hierzu Dr. Alexander Dyck, Bereichsleiter Brennstoffzellen bei NEXT ENERGY: »Mit unserer aktiven Mitarbeit in den Normungsgremien wollen wir die Interessen der deutschen Brennstoffzellenindustrie im internationalen Umfeld stärken.«

In einem kürzlich veranstalteten Workshop gelang es, über 45 Experten aus Industrie und Forschung sowie Interessens-verbänden über die Erfahrungen mit der Zulassung und Zertifizierung sowie der Normungsarbeit zu informieren.

In der Diskussion wurde hervorgehoben, dass für eine Zertifizierung eine Vielzahl von Dokumenten berücksichtigt werden muss. Alle Hersteller zertifizierter Brennstoffzellenprodukte empfehlen eine sehr frühzeitige Einbindung von Fachberatern in die Produktplanung. Hierzu bieten Fraunhofer ISE, NEXT ENERGY und PBT ihre Expertise an. Durch die Kommunikation mit Komponentenherstellern werden sowohl die Bauteilzulassung durch die Adaption etablierter Prüfverfahren im gegenseitigen Nutzen als auch die Klärung der Produkthaftung erleichtert.

Ein Folge-Workshop im Frühjahr 2013 bei NEXT ENERGY in Oldenburg ist geplant. Mit der Zielsetzung, verschiedene Zertifizierungseinrichtungen und deren Dienstleistungsangebot kennenzulernen und den Austausch zum Themenkomplex zu verstärken.

Presseinformation 5/12 vom 3. April 2012

Der Anteil erneuerbarer Energien steigt, die Entwicklung von Speicherlösungen für eine hundertprozentig nachhaltige Energieversorgung läuft auf Hochtouren. Regenerativ hergestellter Wasserstoff spielt dabei eine zentrale Rolle, er ermöglicht eine emissionsfreie Energieversorgung über alle Anwendungsbereiche hinweg. Einen Blick in die Zukunft der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie zeigt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg auf der Hannover Messe Industrie 2012 vom 23. bis 27. April 2012 in Halle 27, Stand C60.

Nachhaltige Mobilität

Das Fraunhofer ISE hat Anfang März in Freiburg eine öffentliche, solare Wasserstofftankstelle in Betrieb genommen, in der Wasserstoff durch Elektrolyse mit der fortschrittlichen Membrantechnologie erzeugt wird. Der Strom wird im Jahresmittel durch eine eigene Photovoltaik-Anlage bereitgestellt. Die Tankstelle erlaubt die Betankung von PKWs mit 700 bar Druckgasspeichern, aber auch von Bussen mit 350 bar Speicherdruck sowie Wechselkartuschen mit 200 bar bzw. 350 bar. Die Tankstelle selbst wurde vom Land Baden-Württemberg gefördert, der Betrieb durch die Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie NOW.

Emissionsfreie Mobilität wird sowohl durch batterieelektrische Fahrzeuge für die urbane Mobilität als auch durch Brennstoff-zellen-Fahrzeuge insbesondere für längere Strecken und größere Fahrzeuge bis hin zu Bussen möglich. Nachdem das Fraunhofer ISE bereits seit mehreren Jahren mit dem Toyota Prius einen Plug-in Hybrid zu Forschungszwecken im Einsatz hat, konnte das Institut nun auch zwei Brennstoffzellenfahrzeuge B-Klasse F-Cell von Daimler übernehmen. »Wir freuen uns, dass wir zu den wenigen Forschungseinrichtungen gehören, die zukünftige Mobilitätskonzepte in den beiden Ausprägungen, batterieelektrisch und mit Wasserstoff über Brennstoffzellen, erproben und miteinander vergleichen können«, so Dr. Christopher Hebling, Bereichsleiter Energietechnik am Fraunhofer ISE.

Speicher für regenerative Energieversorgung

Mit dem geplanten Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland und weltweit steigt der Bedarf an elektrischen und elektrochemischen Speicherlösungen, um den volatilen Charakter der regenerativen Stromerzeugung auszugleichen. Die Erzeugung von Wasserstoff durch die Aufspaltung von Wasser in Elektrolyseuren eröffnet die Möglichkeit, auch im volkswirtschaftlich relevanten Maßstab Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu speichern. Den Einsatz der Elektrolyse im so genannten Demand-Side-Management, also der gezielten Steuerung zur Stabilität der elektrischen Netze, wird das Fraunhofer ISE mit dem Elektrolyseur aus der solaren Wasserstofftankstelle in Projekten untersuchen. Neben solchen systemtechnischen Fragestellungen beschäftigt sich das Institut auch mit der Entwicklung von Membran-Elektrolyseuren, welche sich besonders zur Kopplung mit erneuerbaren Energien eignen. Einzelne Zellkomponenten werden exemplarisch auf dem Messestand ausgestellt. Dr. Tom Smolinka, Gruppenleiter Chemische Energiespeicherung: »Wasserstoff in Verbindung mit der PEM-Elektrolyse bietet aufgrund der hohen Leistungsdynamik, der kompakten Bauweise und dem hohen Wirkungsgrad die Voraus-setzungen, die wir in einer regenerativen Energiewirtschaft zur Lösung der Zwischenspeicherung elektrischer Energie benötigen«. Zusätzlich zeigt das Fraunhofer ISE auf der Messe seine Entwicklungen zur Redox-Flow-Batterie, einer Technologie, die sich ebenfalls hervorragend eignet, Schwankungen im Stromnetz zu puffern.

Brennstoffzellen auf dem Prüfstand

Das Verhalten von Brennstoffzellen im alltäglichen Einsatz erforscht das Fraunhofer ISE mit Hilfe eines eigens entwickelten Teststands. Dieser ist autonom und außentauglich. Aus statistischen Überlegungen heraus werden darin dreißig Testzellen parallel betrieben. So ist es möglich, gleichzeitig unterschiedliche Materialien und Belastungs-situationen zu analysieren. Vier solcher Teststände wurden an verschiedenen Standorten in Freiburg, mit stark unterschiedlicher Luftschadstoffbelastung, installiert und inzwischen über 4 000 Stunden betrieben. In Kombination mit den jeweils vor Ort verfügbaren Stationen zur Luftanalytik lassen sich die Alterungseffekte aufgrund der Umweltbelastung identifizieren.

Portable Brennstoffzellen für die Medizin

Neben der Mobilität werden Brennstoffzellen auch für portable Anwendungen benötigt. Das Fraunhofer ISE präsentiert in Hannover ein System mit einer elektrischen Ausgangsleistung von 100 W, das zum Nachladen von Akkumulatoren in der Notfallmedizin eingesetzt werden kann. Besonders stolz sind die Entwickler auf die Kaltstartfähigkeit des Niedertemperatur-Brennstoffzellensystems, welches seine Alltagstauglichkeit in der Klimakammer des Instituts im Temperaturbereich von -15 °C bis +50 °C unter Beweis gestellt hat. Zudem wurde das System normgerecht entwickelt, so dass Lizenznehmer schnell eine Zertifizierung und Zulassung erreichen können. »Mit unserem Dienstleistungsangebot von der Beratung und Prüfung einer normgerechten Entwicklung bis hin zu realitätsnahen Tests von Brennstoffzellenprodukten können wir nun eine erfolgreiche Vermarktung unterstützen.« freut sich Ulf Groos, Abteilungsleiter Brennstoffzellensysteme über das kürzlich eröffnete Testzentrum Brennstoffzelle.

Auch im kleinsten Leistungsbereich sind Mikrobrennstoffzellen hilfreich. Die Kaffeemusik zum feinen Freiburger Kaffee, der auch dieses Jahr traditionell auf dem Stand des Fraunhofer ISE ausgeschenkt wird, ertönt aus zwei kabellosen Flachlautsprechern, einer Entwicklung des Fraunhofer IDMT in Ilmenau. Die Energieversorgung der Flachlautsprecher übernehmen wasserstoffbetriebene Mikrobrennstoffzellen des Fraunhofer ISE.

Hoffnungsträger Lithium-Batterie

Presseinformation der Fraunhofer-Gesellschaft vom 15. März 2012

Sei es bei der Energieversorgung oder der Elektromobilität – Batterien sind eine Schlüsselkomponente. Auf der Hannover-Messe vom 23. bis 27. April stellen Forscher Lithium-Batterien mit verbesserten Eigenschaften vor: Sie sind schnell aufladbar, biegsam, druckstabil oder optimal gekühlt.

Presseinformation 4/12 vom 2.März 2012

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg weiht am 2. März 2012 eine solare Wasserstoff-Tankstelle ein. Gefördert vom Umweltministerium Baden-Württemberg stellt die öffentlich zugängliche Tankstelle nicht nur eine Forschungsplattform dar, sie ist gleichzeitig ein Meilenstein im Wasserstoff-Tanknetz des Landes. Die angestrebte Energiewende mit einem starken Ausbau der Erneuerbaren Energien benötigt Wasserstoff als Langzeit-Speicher sowie als Kraftstoff in der Mobilität. Aus Sonnen- oder Windenergie erzeugter Strom kann in Elektrolyseuren zu Wasserstoff umgewandelt werden, der in Brennstoffzellen betriebenen Elektrofahrzeugen bei Betankungszeiten von 3 Minuten eine Reichweite von über 400 km erzielen kann.

»Das Land Baden-Württemberg fördert den Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur und unterstützt hiermit auch die heimische Automobilindustrie und ihre Zulieferer auf dem Weg hin zu einer zukunftssicheren und nachhaltigen Mobilität. Wir freuen uns, mit dieser Wasserstoff-Tankstelle in Freiburg gleichzeitig auch eine Forschungsplattform für die unverzichtbare Verknüpfung von erneuerbarer Energie und Elektromobilität zu haben. Denn nur mit ‚grünem‘, also regenerativ erzeugtem Wasserstoff, können wir unsere energie- und klimapolitischen Ziele erreichen«, so Ministerialdirektor Helmfried Meinel vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, anlässlich des Festakts.

Die Freiburger Wasserstoff-Tankstelle ist eine von wenigen, die die gesamte Energiekette – vom regenerativ erzeugten Strom über die Elektrolyse bis zur Betankung – aufweist. Das Fraunhofer ISE befasst sich seit seiner Gründung mit der Elektrolysetechnik und dem Wasserstoff als Treibstoff für Brennstoffzellen sowie als Speichermedium für regenerativ erzeugten Strom. Die Wasserstoff-Tankstelle dient den Forschern als Referenzprojekt für weitere Entwicklungen in der emissionsfreien Mobilität. Gleichermaßen interessant sind Elektrolyseure als regelbare Last zur Stabilisierung des Stromnetzes im Kontext der fluktuierend ins Netz speisenden erneuerbaren Energien.

»Die konsequente Transformation unseres Energie-versorgungssystems hin zu hundert Prozent erneuerbaren Quellen zählt zu den wesentlichen Herausforderungen unserer Gesellschaft in den nächsten Jahren«, ist Institutsleiter Prof. Eicke R. Weber überzeugt und fügt hinzu: »In der Speicher-frage spielt dabei der Wasserstoff eine herausragende Rolle, da hierdurch überschüssiger Strom im Netz in beliebigen Mengen gespeichert werden und dann bedarfsgerecht beispielsweise in die Mobilität überführt werden kann.«

»Die Elektrifizierung des Individualverkehrs stellt eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung einer emissionsfreien und nachhaltigen Mobilität dar«, so Dr. Christopher Hebling, Bereichsleiter Energietechnik am Fraunhofer ISE. »Wasserstoff spielt im Verkehr seine Stärken insbesondere durch die kurze Betankungszeit von etwa 3 Minuten sowie durch die bereits jetzt mindestens 400 km Reichweite pro Tankfüllung aus.«

Namhafte Automobilhersteller haben bekräftigt, ab 2015 Brennstoffzellenfahrzeuge jenseits der Kleinserie herzustellen. Führende Firmen aus der Mineralölwirtschaft sowie Energieversorgungsunternehmen haben die gemeinsame Initiative H2 Mobility gegründet, mit dem Ziel, bis 2017 eine flächendeckende Wasserstoffinfrastruktur in Deutschland aufzubauen. Mit der neuen Tankstelle am Fraunhofer ISE hat das Land Baden-Württemberg einen wichtigen Meilenstein in seinem Infrastrukturprogramm gesetzt. Auch Freiburg freut sich über dieses neue Vorzeigeprojekt: »Die Stadt Freiburg und das im Bereich der Energie- und Umwelt-technologien innovationsstarke Umland eignen sich hervorragend als Modellregion für neue Konzepte zur Erprobung von Elektrofahrzeugen im Alltagsbetrieb«, so Erster Bürgermeister Otto Neideck.

Im Wesentlichen besteht die Tankstelle aus einem 30 bar-Druckelektrolyseur, einem mechanischen Kompressor zur Verdichtung des Wasserstoffs auf 700 bar, Zwischenspeichern auf zwei verschiedenen Druckstufen und Zapfsäulen mit Dispensern. Sie erlaubt die Betankung von Brennstoffzellen betriebenen PKWs, Bussen sowie Fahrrädern. Für letztere werden am Fraunhofer ISE angepasste Brennstoffzellen-systeme entwickelt.

Der Energiebedarf zur Erzeugung und Speicherung des Wasserstoffs wird teilweise aus Photovoltaikfeldern auf dem Dach der Tankstelle sowie benachbarter Gebäude gedeckt. Der Strom der PV-Anlage, deren Leistung bilanztechnisch erfasst wird, wird über einen Wechselrichter in das Stromnetz eingespeist.

Die über hundert zur Wasserstofftankstellen-Einweihung geladenen Gäste konnten bei diesem Anlass nicht nur die Forschungstankstelle besichtigen, sondern auch Probe tanken und mit Brennstoffzellen betriebenen PKWs zur Probe fahren. Darunter ein Mercedes-Benz F-CELL World Drive, der bereits einmal die Welt umrundet hat. Ein weiteres Highlight war die Besichtigung des neu geschaffenen TestLab Brennstoffzelle am Fraunhofer ISE.

Presseinformation 3/12 vom 24. Februar 2012

Mit der am 23. Februar 2012 von Bundesumweltminister Norbert Röttgen (CDU) und Bundeswirtschaftsminister Philipp Rösler (FDP) verkündeten zusätzlichen Absenkung der Photovoltaikeinspeisevergütung um 20 bis 30 Prozent zum 9. März 2012 überfordert die Bundesregierung die Solarbranche.

»Die Entwicklung der Photovoltaiktechnologie, der Aufbau der Solarindustrie und die Markteinführung der Photovoltaik in Deutschland waren bislang eine große Erfolgsgeschichte«, so Professor Eicke R. Weber, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg, dem europaweit größten Solarforschungsinstitut. »Die geplante drastische zusätzliche Absenkung der Einspeisevergütung gefährdet diesen auch international beachteten Erfolg ernsthaft und sollte deshalb dringend überdacht werden«, so Weber. »Die Minister Röttgen und Rösler wünschen zwar einen weiteren Ausbau der Photovoltaik, dieser ist jedoch mit der jetzt geplanten Regelung nicht mehr möglich. Als Folge drohen Firmenschließungen und ein erheblicher Arbeitsplatzabbau. Und ohne starke produzierende Photovoltaikunternehmen in Deutschland wird es auch für die hiesige Solarforschung sehr schwer, ihren internationalen Spitzenplatz langfristig zu verteidigen. Wir appellieren deshalb an die Bundesregierung, diesen Schritt nochmals zu überdenken«, so Weber.

Nachdem die Photovoltaikbranche ihre Preise innerhalb von sechs Jahren bereits um 58 Prozent abgesenkt hatte, ist es aus Sicht des Fraunhofer ISE ausgeschlossen, innerhalb weniger Monate die Preise nochmals um 32 bis 40 Prozent zu reduzieren, denn diese Werte ergeben sich, wenn die bereits zum 1. Januar dieses Jahres erfolgte Absenkung um 15 Prozent eingerechnet wird. Da die Vergütung wesentlich stärker reduziert werden soll als die möglichen Fortschritte bei der Kostensenkung durch Forschung und Industrie, müssten die Unternehmen die Anlagen sogar unter den Herstellkosten verkaufen. Anderenfalls wäre die Investition in Photovoltaikanlagen nicht mehr attraktiv.

»Die daraus resultierende Schließung innovativer Unternehmen kann nur schwer wieder rückgängig gemacht werden, denn damit gingen mühsam aufgebaute Strukturen verloren«, so Weber. Erste Anzeichen für einen Rückzug der Produktion aus Deutschland gibt es bereits, so hat das Unternehmen Schott Solar seine Solarzellenproduktion in Alzenau Ende 2011 geschlossen und produziert nur noch Solarmodule im Ausland.

Verständlich ist, dass sich die Politik wegen des unerwartet starken Marktwachstums der Photovoltaik um 7,4 Gigawatt im Jahr 2010 und 7,5 GW im Jahr 2011 zum Handeln gezwungen sah. Aus Sicht des Fraunhofer ISE stellt der nun publik gewordene Vorschlag jedoch eine erhebliche Überreaktion dar, die aus einer falschen Interpretation der Marktentwicklung resultiert. »Die hohen Installationszahlen im Jahr 2011 sind kein Signal der Stärke, sondern der Schwäche der Solarbranche«, so Weber. Denn aufgrund einer weltweiten Überproduktion von Photovoltaikmodulen mussten nach Einschätzung des Fraunhofer ISE Ende 2011 viele Unternehmen ihre Solarstrommodule quasi zu Schleuderpreisen abgeben. Daraufhin kam es zu einer Rekordinstallation von Solarstrommodulen im Dezember 2011 von etwa 3 Gigawatt. Die Quartalsverluste der börsennotierten großen chinesischen Photovoltaikproduzenten untermauern diese Sichtweise. »Die Interpretation, dass die Branche hochprofitabel ist und weitere große Preissenkungsschritte möglich sind, ist daher falsch«, so Weber. Nachdem die Preise mehrere Jahre über dem Langfristtrend der Lernkurve lagen, liegen sie jetzt eindeutig darunter. Die Photovoltaik weist auf Basis einer jahrzehntelangen Beobachtung eine Lernrate von etwa 20 Prozent bei Verdopplung der installierten Leistung auf. Eine weitere Beschleunigung der Kostensenkungsfortschritte ist nicht möglich.

Die Verantwortung der Politik, einerseits die Zusatzkosten für die Stromverbraucher durch die Umlage der Einspeisevergütung aus dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) zu beschränken und andererseits den Ausbau der Photovoltaik in Grenzen zu halten, um die Integration der Photovoltaik in das Stromsystem reibungslos zu ermöglichen, wird vom Fraunhofer ISE anerkannt. Allerdings muss dabei auch gewürdigt werden, dass die Umlagekosten von 1,78 Cent pro Kilowattstunde für Solarstrom und 3,59 Cent für alle Erneuerbare Energien bereits durch die vorhandenen Anlagen verursacht sind und nicht mehr verändert werden können. Da die Vergütung für neue Anlagen deutlich niedriger ausfällt und das Marktvolumen in der Photovoltaik sinkt, geht das Fraunhofer ISE auch ohne diese Zusatzabsenkungen von einer stabilen EEG-Umlage aus, da künftig auch steigende Preise an der Strombörse zu erwarten sind.

Das Fraunhofer ISE betrachtet die Photovoltaik weiterhin als einen unverzichtbaren Baustein der dringend erforderlichen Energiewende, weshalb die nun geplante starke Absenkung einen schweren Rückschlag bedeuten würde.