Wirtschaftliche Stromerzeugung aus erneuerbaren - KIT

Projekt Competence E
Wirtschaftliche Stromerzeugung aus erneuerbaren
Energien – erstmals ohne staatliche Förderung
Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurde erstmals
ein Stromerzeugungskonzept für erneuerbare Energien
entwickelt, das zukünftig auch ohne staatliche Förderungen
wirtschaftlich ist. Dieses sieht die Nutzung von Photovoltaik
(PV) und Windkraft für die Stromerzeugung vor, welche
hauptsächlich der Eigenverbrauchsdeckung dient. Als
technische Neuerung basiert das Konzept auf der Integration eines stationären Li-Ionen Speichers, eines intelligenten
Energiemanagementsystems sowie den erneuerbaren
Erzeugungseinheiten in ein Gesamtsystem. Das Energiemanagementsystem soll anhand von aktuellen Wetterdaten
und vorgegebenen Lastkurven entscheiden, ob der erzeugte
Strom ins Netz eingespeist oder in dem stationären Speicher
gespeichert wird.
Energie aus Photovoltaik
Zur Umsetzung des Konzepts wird am Campus Nord des
KIT ein PV-Feld aufgebaut. Dafür werden herkömmliche
Solarmodule bestehend aus 60 polykristallinen Hochleistungszellen verwendet. Eines dieser Solarmodule besitzt
bei genormter Einstrahlung eine Leistung von 240 Wp und
liefert eine Spannung von bis zu 42 V. Die Module werden
hochkant und in einem Winkel von 30 Grad aufgestellt. In
dem PV-Feld werden je 19 Solarmodule in Reihe zu acht
Strings verschaltet. Dadurch addiert sich die Spannung der
einzelnen Strings auf bis zu 800 V.
Die Zukunft der erneuerbaren Energien
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und
nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
www.kit.edu
Die PV-Anlage wird für die direkte Netzeinspeisung in Spitzenlastzeiten netzgekoppelt sein. In Schwachlastzeiten kann
die Energie in den stationären Speicher eingespeist werden.
Für die Netzeinspeisung sind Wechselrichter notwendig, die
den im Solargenerator entstehenden Gleichstrom in netzsynchronen Wechselstrom wandeln. Dabei sollen jeweils
zwei Strings mit einem Wechselrichter zusammengeschaltet
werden, d. h. in der PV-Anlage werden insgesamt vier
handelsübliche Wechselrichter verbaut. Somit wird diese
eine Spitzenleistung von 36,5 kWp erreichen, was einem
Jahresertrag von ca. 38.000 kWh entspricht.
Alle Wechselrichter entsprechen der neuesten Richtlinie
VDE-AR-N 4105.
Energie aus Windkraft
Zur Ergänzung der PV-Anlage wird eine neu entwickelte
Kleinwindkraftanlage mit einem getriebelosen Windgenerator in das Gesamtsystem integriert. Bei dem Generator
handelt es sich um eine permanentmagneterregte Synchronmaschine. Die Windkraftanlage besitzt eine vertikale Rotationsachse und eine Spannweite von 2,8 m. Die
Flügellänge beträgt 1,5 m bei einer Anzahl von drei stranggepressten Aluminiumflügeln. Aufgrund dieser Bauweise ist
die Kleinwindkraftanlage besonders für Schwachwindgebiete
geeignet.
Die elektrische Nennleistung des Windgenerators beträgt
1,8 kW bei einer Windgeschwindigkeit von 10 m/s, die
Anlaufgeschwindigkeit 3 m/s. Das Gesamtgewicht der
Anlage ohne Mast wird lediglich rund 100 kg betragen.
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen
Michael Mast
Projekt Competence E
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Neu entwickelte Kleinwindkraftanlage am KIT
Die Einspeisung des erzeugten Stroms erfolgt wie bei der
PV-Anlage je nach Bedarf sowohl direkt in das Netz als auch
in den stationären Speicher. In beiden Fällen wird die Energie
von einem speziell auf das Windrad abgestimmten Windwechselrichter übertragen.
Die gesamte Anlage wird fast ausschließlich aus Aluminium
gefertigt und entspricht der Norm DIN EN 61400-2 Stand
02.2007.