Wasserelektrolyse – ein vielversprechendes Mittel gegen das Problem der netzunabhängigen Speicherung von Solarenergie
Erneuerbare Energiequellen wie die Solarenergie leiden unter Ungleichgewichten zwischen Angebot und Nachfrage: Sie produzieren in den Sommermonaten bei geringer Stromnachfrage einen Überschuss an nicht genutzter Energie und liefern in den Wintermonaten, in denen die Stromnachfrage ihren Höhepunkt erreicht, nur begrenzt Energie. Um diese Herausforderung zu bewältigen, müssen erneuerbare Energien durch Energiequellen ergänzt werden, welche die Lücken zwischen Angebot und Nachfrage von Energie sofort schließen können. Die Wasserstofferzeugung bietet diese so dringend benötigte Lösung zur Speicherung erneuerbarer Energie. Wird Solarenergie genutzt, so ist die Wasserstofferzeugung selbst ein sauberer Prozess. Der Energieüberschuss wird für die Elektrolyse verwendet, einen Prozess, bei dem Wasser in seine Bestandteile getrennt wird: Wasserstoff und Sauerstoff.
Wasserstoff-Energiespeicherung: die beste netzunabhängige Alternative
Momentan sind Dieselgeneratoren eine der gängigsten netzunabhängigen Lösungen zur Sicherung der Solarenergie. Diese Generatoren setzen jedoch große Mengen an Kohlendioxid, Stickoxiden sowie anderen schädlichen Emissionen in die Atmosphäre frei. Darüber hinaus werden die Betriebskosten weitgehend vom unbeständigen Dieselmarkt beeinflusst. „Batterien könnten eine weitere Möglichkeit sein, um Sonnenenergie für die spätere Verwendung zu speichern, allerdings müssten sie riesig sein, um saisonale Schwankungen zu bewältigen. Die Elektrolyse wird nicht nur mit CO2-freiem erneuerbarem Strom betrieben, sondern kann auch kurz- und langfristige vorübergehende Schwankungen der erneuerbaren Energieversorgung bewältigen“, erklärt Pedro Casero, Koordinator des EU-finanzierten Projekts ELY4OFF. ELY4OFF demonstrierte erfolgreich ein autonomes netzunabhängiges und ausschließlich mit Solartechnologie betriebenes Elektrolysesystem. „Wir haben ein 50-kW-Elektrolysesystem mit Protonenaustauschmembran (PEM) entwickelt, das an eine Solarzelle gekoppelt ist. Das Hybrid-System produziert über 1,5 Tonnen Wasserstoff pro Jahr. Die PEM-Elektrolysetechnologie bietet eine schnelle Reaktionszeit und Anlauf-/ Abschalteigenschaften. Die Wasserstofferzeugung beginnt sofort bei Umgebungsbedingungen“, erklärt Casero. Insgesamt arbeitet das Hybrid-System bei jeder Auslastung mit hohem Wirkungsgrad und erzeugt für jede Verwendung hochreinen Wasserstoff. All dies ist aufgrund eines zuverlässigen Steuerungs- und Kommunikationssystems möglich, das einen sicheren, robusten und energieeffizienten Betrieb ermöglicht. Das Projekt beinhaltet die Entwicklung eines neuartigen Verbindungssystems zwischen der Stromquelle und dem PEM-Elektrolysegerät. Aktuelle Lösungen, die auf der kombinierten Verwendung eines Gleichrichters und eines Wechselrichters basieren, weisen je nach Auslastung einen maximalen Effizienzwert von rund 92 % auf. Die Lösung von ELY4OFF erreichte beeindruckende Effizienzraten von bis zu 97,4 %.
Netzgekoppelte oder netzunabhängige Wasserstofferzeugung
Die meisten Hersteller von Elektrolysegeräten bieten in der Regel Produkte an, die für netzgekoppelte Szenarien optimiert sind. Dabei ist das Solarsystem an das Stromnetz eines Versorgungsunternehmens angeschlossen, das eine stabile und dauerhafte Stromversorgung gewährleistet. Diese Lösungen können nicht für netzunabhängige Konfigurationen angewendet werden: Die Stromquelle ist variabel – sie kann sogar innerhalb von Sekunden oder weniger auf Null fallen – das Elektrolysegerät muss jeden Tag heruntergefahren und gestartet werden und benötigt ein Sicherungssystem, um seine Kernelemente zu schützen. ELY4OFF hat sich erfolgreich mit all diesen Aspekten befasst. Ziel war es, die Effizienz des Gesamtprozesses zu verbessern – Wasserstofferzeugung und zuverlässiger Betrieb des Hybrid-Systems rund um die Uhr. Es gibt weltweit viele Standorte, an denen Solarzellensysteme installiert werden können, die aber aufgrund fehlender Netzinfrastruktur letztendlich nicht utzbar sind. „ELY4OFF zeigt, dass Wasserstoff aus erneuerbaren Energien fast überall und für verschiedene Zwecke erzeugt werden kann: Notstrom bei der Telekommunikation, für Brennstoffzellenfahrzeuge und sogar in der Düngemittelproduktion“, schließt Casero.
Schlüsselbegriffe
ELY4OFF, Elektrolyse, netzunabhängig, Wasserstoffproduktion, Protonenaustauschmembran (PEM), Energiespeicher, erneuerbare Energie, Solarenergie