Photovoltaik-Hybridsysteme tanken nicht nur Sonne

Photovoltaik-Hybridsysteme nutzen neben der Solarenergie noch eine weitere Quelle für die Stromerzeugung. Scheint einmal nicht genug Sonne, wird mithilfe der zweiten Energiequelle trotzdem ausreichend Strom produziert.

Hybridsysteme zur Bereitstellung elektrischer Energie zeichnen sich dadurch aus, dass mehrere unterschiedliche Energiequellen genutzt werden, um eine kontinuierliche Energieversorgung zu gewährleisten. In Photovoltaik-Hybridsystemen kommen ergänzend zur Sonnenenergie beispielsweise Windkraftanlagen, Wasserkraftwerke oder Dieselgeneratoren als weitere Stromquelle zum Einsatz.

Weil sie als Energieversorgungseinheiten autark funktionieren, sind Photovoltaik-Hybridsysteme insbesondere für die Stromversorgung von elektrischen Inselnetzen für eine begrenzte Anzahl von Verbrauchern in einem begrenzten räumlichen Gebiet interessant. Abhängig von der Anzahl und den Nutzungsgewohnheiten der Stromverbraucher sowie der erforderlichen Energiequalität muss die Auslegung eines jeden Photovoltaik-Hybridsystems individuell bestimmt werden.

Wie funktionieren Photovoltaik-Hybridsysteme?

Ebenso wie in Verbundnetzen ist auch in Inselnetzen mit Schwankungen der Last (Zeiten großer Nachfrage im Wechsel mit Zeiten, in denen der Strombedarf gering ist) zu rechnen. Ein Spezifikum von Inselnetzen: Zu jedem Zeitpunkt muss die Einspeisung von Strom genau der der entnommenen Leistung entsprechen. In Photovoltaikanlagen ist der Umfang bereitstehender Solarenergie nicht konstant (tageszeitabhängig, wetterbedingt).

Damit sichergestellt wird, dass dennoch alle an ein Photovoltaik-Hybridsystem angeschlossenen Verbraucher bedarfsgerecht entweder mit Solarstrom oder mit Strom aus der zweiten Energiequelle versorgt und Spannungseinbrüche vermieden werden, kommen Energiespeicher (Batterien, Kondensatoren etc.) zum Einsatz. Um Frequenz und Spannung konstant zu halten, werden in kleineren Photovoltaik-Hybridsystemen (bis 50 kW) meist Wechselrichter mit integrierten Batterieladern genutzt, in größeren Anlagen Synchrongeneratoren. Nur sehr große Photovoltaik-Hybridsysteme werden aus wirtschaftlichen Erwägungen mitunter ohne Energiespeicher betrieben.

Intelligentes Energiemanagement

Eine der Haupteigenschaften von Photovoltaik-Hybridsystemen ist die Gleichzeitigkeit von Energieerzeugung und -verbrauch. Ziel ist eine kostengünstige, unterbrechungsfreie Stromversorgung mit einem hohen Wirkungsgrad und möglichst geringem Verschleiß der Anlage. Ein optimaler Betrieb kann nur mit einem intelligenten Anlagenmanagement erreicht werden. Das Management-System sorgt dafür, dass die Stromversorgung intelligent gesteuert, d..h Stromproduktion und Verbrauch abgeglichen und entsprechend die Batterie und Solaranlage, das jeweilige Zusatzsystem und der Batteriespeicher optimal genutzt werden.

Mithilfe von Einstrahlungsberechnungsalgorithmen kann die ideale solare Einstrahlung am Standort der Anlage für jeden Zeitpunkt des Jahres berechnet werden. Softwareprogramme ermöglichen die Simulation und damit die Abschätzung der Leistungs- und Energieverhältnisse in komplexen Photovoltaik-Hybridsystemen. Derartige Programme ermöglichen Berechnungen zur Auslegung neuer Anlagen ebenso wie das Optimieren von bereits installierten Photovoltaik-Hybridsystemen.

Vorteile von Photovoltaik-Hybridsystemen

Die Stromausbeute von Photovoltaikanlagen ist direkt abhängig von der Sonneneinstrahlung. Bei ausschließlicher Nutzung von Solarmodulen muss eine Anlage so dimensioniert sein, dass sie auch in einstrahlungsarmen Zeiten und in der Nacht ausreichend Strom liefert. Kombiniert mit einer zweiten Stromquelle innerhalb eines Photovoltaik-Hybridsystems kann jederzeit eine zuverlässige Energieversorgung garantiert werden, auch wenn die Solaranlage wegen strahlungsärmerer Zeiten gerade nur wenig Energie produzieren kann. In Entwicklungsländern wird Strom (insbesondere für netzferne Standorte) häufig mit Dieselkraftstoff erzeugt. Photovoltaik-Hybridsysteme bieten die Chance, in bestehende Dieselstromnetze die Nutzung von Solarenergie zu integrieren. Der ökologisch problematische Verbrauch von Dieselkraftstoff kann damit deutlich gesenkt werden.

Märkte und Entwicklungschancen

Laut Prognosen der Internationalen Energieagentur (IEA) könnte der Anteil von Photovoltaik an der weltweiten Stromerzeugung bis zum Jahr 2050 bis zu 16 Prozent betragen. Zukunftsmärkte für Photovoltaik-Hybridsysteme finden sich vor allem abseits von Verbundnetzen. Insbesondere bei der Elektrifizierung ländlicher Regionen in Entwicklungs- und Schwellenländern haben Photovoltaik-Hybridsysteme nach Ansicht von Experten umfangreiche Marktpotentiale.

In vielen Regionen sind die Kosten der Photovoltaik bereits auf demselben Niveau wie die Stromproduktion mit fossilen Energieträgern oder liegen sogar darunter, wie die Internationale Agentur für erneuerbare Energien (International Renewable Energy Agency: IRENA) konstatiert. In sonnenreichen Regionen ist die Nutzung von Solar-Diesel-Hybrid-Systemen daher für industrielle Großverbraucher hinsichtlich der Kosten-Nutzen-Rechnung schon heute eine Alternative.

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