15. November 2007 – Ein komplettes Energieversorgungssystem im einstelligen Kilowattbereich aus einer Hand; daran arbeitet derzeit die Fronius International GmbH. Das Unternehmen aus Wels-Thalheim, Österreich, möchte das fertig bekommen, was es derzeit als Gesamtlösung am Markt immer noch nicht gibt: Ein komplett integriertes System, das Strom aus Sonnenenergie gewinnt, diese elektrische Energie mit Hilfe eines Elektrolyseurs in Wasserstoff zwischenspeichert und anschließend mit einer Brennstoffzelle wieder als gebrauchsfertigen Wechselstrom bereit stellt. Das Kernstück dieser Fronius Energiezelle, einer hybriden Brennstoffzelle mit integrierter Wechselrichterelektronik, ist bereits als Pilotprodukt verfügbar und soll 2009 in Serie gehen.
Eigentlich kommt das Unternehmen ja aus der Photovoltaikelektronik und Wechselrichtertechnik, erklärt Michael Schubert vom Business Development bei Fronius. Aber vor etwa fünf Jahren wurde die Idee der nachhaltigen und emissionsfreien Energieversorgung geboren, bei der Wasserstoff die Rolle des Energiespeichers zukommt, um erneuerbare Energien speicherbar und transportierbar zu machen. Bisher gibt es dafür keine zufrieden stellenden Lösungen, weswegen Fronius sein eigenes Know-how aus der Solarbranche für eine Neuentwicklung nutzen möchte.
Das Problem der bisher verwendeten Techniken ist, dass die Sonne nicht immer scheint, Photovoltaik-Anlagen (PV) also nicht durchgehend Strom liefern können. Batterien, die als herkömmliche Stromspeicher eingesetzt wurden, haben mit Selbstentladungsverlusten zu kämpfen (etwa 5 % pro Monat). Als ihrer Meinung nach geeignete Lösung präsentierte Fronius daher im Juni 2007 während der Intersolar in Freiburg erstmals ihr Konzept, bei dem Sonnenenergie auch unabhängig von der aktuellen Sonneneinstrahlung für die saubere Stromproduktion herangezogen wird. Der solar erzeugte Gleichstrom kann zwar bei Bedarf über die Wechselrichterelektronik direkt genutzt werden, kann aber auch dem angeschlossenen Elektrolyseur zur Wasserstoffherstellung dienen. Der Elektrolyseur bekommt einen Teil des benötigten Wassers aus der nachgeschalteten Brennstoffzelle, die für den Start und zur Abdeckung von Laststromspitzen als batterieunterstütztes Hybridsystem ausgelegt ist. Diese liefert dann den Gleichstrom, der von der Wechselrichterelektronik in haushaltsüblichen Wechselstrom umgewandelt wird. Ewald Wahlmüller, Projektleiter des Forschungsteams, erläutert: ?Energieeffizienz in diesem Zusammenhang bedeutet, dass solare Energie immer mit geringsten Umwandlungsverlusten dem Nutzer zur Verfügung gestellt und Abwärme und Reaktionswasser nach Möglichkeit im Kreislauf neuerlich genutzt werden.?
Um alle Umwandlungsschritte tatsächlich selbst bearbeiten zu können, setzen die Österreicher auch auf Partnerschaften mit Zulieferfirmen. Die PEM-Stacks für die Rückverstromung des erzeugten Wasserstoffs werden beispielsweise nicht selbst hergestellt, sondern in Kooperation mit Stack-Herstellern entwickelt. Für die gesamte Leistungselektronik sowie die Sicherheitstechnik drum herum ist Fronius hingegen geradezu prädestiniert, schließlich gibt es viele technische Überschneidungen mit dem originären Betätigungsfeld, der Solarstromtechnik. Zusätzlich ist das Fronius Entwicklungsteam derzeit mit der Entwicklung eines integrierten Elektrolyseurs beschäftigt.
Michael Schubert zeigt sich zuversichtlich, dass die weitere Entwicklung relativ schnell voranschreiten wird. ?Unser Vorteil ist, dass wir bereits ein relativ weit ausgereiftes Produkt haben. Glücklicherweise verfügen wir aber noch über andere Cash-Cows, so dass wir nicht allzu sehr unter Druck stehen, verfrüht in Aktionismus verfallen zu müssen.?
5 kW für Berghütten
Das Hauptaugenmerk richten die Entwickler derzeit auf die Suche nach geeigneten Anwendungen ihrer für 1 bis 5 kW ausgelegten Brennstoffzellensysteme. Angepeilt sind als erste Möglichkeit stationäre Systeme, wie beispielsweise die Stromversorgung von netzfernen Objekten (z. B. Berghütten, Telekommunikationsanlagen). In Steyr in Österreich wird bereits eine Umweltmessstation an der Höheren Technischen Lehranstalt mit Hilfe einer PV-Anlage und einer Batterie sowie einer Brennstoffzelle als Hilfsgenerator autark mit Energie versorgt. Ein speziell entwickelter Laderegler überwacht dort kontinuierlich den Batterieladezustand. Bei Bedarf startet die Systemsteuerung die Brennstoffzelle, und es wird ein kompletter Ladezyklus ausgeführt. Der wesentliche Vorteil dieses Hybridsystems ist, so Fronius, dass die Photovoltaikanlage um über 60 % kleiner ausgelegt werden und auch die Batteriekapazität niedriger ausfallen kann.
BZ-betriebene Logistikschlepper
Als zweite Anwendungsmöglichkeit sollen mobile Einsatzgebiete mit abgedeckt werden. Ein erstes Pilotprojekt HyLOG (Hydrogen Powered Logistic System) läuft bereits in Sattledt, Österreich, am neuen Produktions- und Logistikstandort des Familienunternehmens. Dort sind elektrische Flurförderfahrzeuge (Typ: Linde P30) für den Transport einzelner Komponenten im Einsatz. Diese Schlepper verfügen über eine Dauerleistung von 2 kW (Geschwindigkeit ohne Zuglast: 9 km/h) und sind normalerweise mit 380 kg schweren Batterien ausgestattet. Umgebaut auf Brennstoffzellenantrieb erhöht sich deutlich deren Einsatzdauer, da langwierige Aufladevorgänge (8 bis 10 Std.) ersetzt werden durch kurze Tankvorgänge aus der firmeneigenen H2-Infrastruktur. Der Kraftstoff wird per Elektrolyse mit Hilfe des Stroms aus der auf dem Dach installierten PV-Anlage (603 kWpeak) gewonnen.
Zudem arbeitet Fronius derzeit an der Zertifizierung des Brennstoffzellensystems mit integriertem Wechselrichter, der so genannten Energiezelle. Deren TÜV-Abnahme könnte Anfang nächsten Jahres abgeschlossen sein. Zusätzlich ist Schubert die Erfüllung der heutigen Brennstoffzellenstandards (Europa-Norm EN 62282-5-1:2007) besonders wichtig, damit alles zuerst einmal wirklich sicher ist und zudem von den Kunden besser angenommen wird. Für Anfang 2008 plant er den Start verschiedener Pilotprojekte, die dann mit einer Laufzeit von etwa einem Jahr die notwendigen Praxiserfahrungen bringen sollen. Verläuft alles erfolgreich, könnte im Jahr 2009 die Serienfertigung der Energiezelle in Angriff genommen werden, freut sich der Österreicher.
Autor: Sven Geitmann
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