Sonnenstrom aus dem Sixpack-Speicher

Doppelschichtkondensator puffert solare Energie – Chemnitzer Prototyp mit Zukunft

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 intelligentere Lösung einfallen lassen: Um das stetige Mehr- oder Minderangebot an Sonnenenergie auszugleichen, wurde ein Speicher auf Basis eines Doppelschichtkondensators entwickelt, der 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 jüngst die Grundlagen für die Entwicklung dieses Speichers legte. „Zum einen wird dadurch keine Primärenergie vergeudet, zum anderen eine gleichbleibende Elektroenergiequalität gesichert“, so Bodach. 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 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 Doppelschichtkondensator, der auch „Sixpack“ genannt wird, weil er aus sechs in Reihe geschalteten Kondensatoren besteht. Dieses Kondensatoren-Paket, das der Größe einer Autobatterie entspricht, ist in der Lage, die überschüssige Energie für zehn bis 15 Minuten zu speichern und bei Bedarf wieder dem System bereitzustellen. Einfacher gesagt: Solange es Energie im Überfluss gibt, werden Reserven für schlechtere Zeiten angelegt. Dank dieser Puffer ist es möglich, eine gleichbleibende Stromversorgung auch in wolkenverhangenen Momenten sicherzustellen.

Bislang steht ein solcher Sixpack-Speicher als Prototyp in den Chemnitzer Uni-Laboren. „Noch ist die Zeit nicht reif für einen solchen Energiespeicher“, sagt der wissenschaftliche Mitarbeiter Mirko Bodach. Vielleicht könnte er bereits heute schon im kleinen Stil zum Einsatz kommen – für solarbetriebene Parkautomaten 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 massenhaft solare Energie ungepuffert ins Netz geht, bekommen wir ein dickes 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 Stromqualität 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 aktuelle 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.

(Autor: Alexander Friebel, Wissenschaftsredakteur der TU Chemnitz)

Weitere Informationen erteilt Mirko Bodach, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Energie- und Hochspannungstechnik der TU Chemnitz, unter Telefon (03 71) 531 35 87 oder per E-Mail unter mirko.bodach@e-technik.tu-chemnitz.de