Einleitung

Der Betrieb konventioneller Kraftwerke wird durch die Kosten für fossile Brennstoffe immer teuerer.

Regenerative Energien wie Sonne und Wind stehen im Überfluss zur Verfügung. Weniger als 0,01 % der Sonnenstrahlen, die die Erdoberfläche erreichen, würden den weltweiten Energiebedarf decken. Eine Fläche von 40 x 40 km² vor der deutschen Nordseeküste wird von genug Wind durchbraust, um ganz Deutschland mit Strom zu versorgen.

Mit Abbau und Verbrauch fossiler Brennstoffe gehen zudem hohe Umweltbelastungen einher – diese entfallen bei der Nutzung von Wind und Sonne komplett! Durch Emissionszertifikate lässt sich dieser Vorzug auch wirtschaftlich nutzen.

Ist die Versorgung mit regenerativer Energie sicher?

Die Sonne scheint noch mindestens 5 Milliarden Jahre – und genauso lange wird auch Wind wehen. Dagegen reichen die Erdölvorräte kaum für die nächsten 50 Jahre. Mit den Kohlevorkommen sieht es nur unbedeutend besser aus.

Die begrenzte Verfügbarkeit fossiler Brennstoffe zeigt die Grenzen traditioneller Technologien – und weist den Weg in die Zukunft.

Durch Verluste bei der Stromübertragung geht die Leistung mehrerer großer Kraftwerke allein in Deutschland täglich verloren.

Wird Strom direkt beim Verbraucher bereitgestellt, entfallen Investitionen in Übertragungsleitungen und Trafostationen – und die immensen Verluste im laufenden Betrieb ebenso. Bei Bedarf können mehrere kleinere Anlagen zu virtuellen Kraftwerken zusammengeschaltet werden. Das erhöht die Versorgungssicherheit und optimiert die Nutzung der Anlagen.

Gleichzeitig ist der Wirkungsgrad von dezentralen Anlagen ungleich höher, da sich hier die ansonsten ungenutzte „Abwärme“ z. B. für Heizung und Warmwasser nutzen lässt.

Wind und Sonne sind kostenlos, aber was passiert bei Dunkelheit oder wenn Windstille herrscht?

Alle heute verfügbaren Anlagen zur Nutzung regenerativer Energie nutzen nur eine Energieform und liefern lediglich temporär Strom. Die gleichzeitige Nutzung von Sonne und Wind in einem System sorgt bereits für einen guten Mix: Während im Sommer die Sonne einen höheren Beitrag liefert, ist es im Winter windiger. Die Energieabgabe erfolgt kontinuierlicher.

Zusätzlich liefert ein Speicher für Tage oder sogar Wochen Strom: Dafür wird überschüssiger Strom zur Wasserstoff-Produktion genutzt. Mit einer Brennstoffzelle kann daraus bei Bedarf wieder Strom erzeugt werden – ohne jegliche Schadstoffe, ohne Abgase, in einem komplett geschlossenen System.

Durch die simultane Nutzung von Wind und Sonne erhöht sich die Ausbeute beträchtlich. Zudem steigt der Wirkungsgrad der Solarzellen durch die rotationsbedingte Kühlung (0,5 %/°C).

Der geschlossene Kreislauf des Speichers erfordert weder Betriebsstoffe noch den Anschluss an ein Gas- oder Wasserversorgungsnetz. Die Anlage eignet sich damit zur Strom- und Wärmeversorgung fernab jeder Infrastruktur.

Was aber, wenn an Orten mit hohem Wind- und Sonnenaufkommen nur wenig Elektrizität benötigt wird?

Die Hybridanlage eignet sich hervorragend für den Betrieb energie­aufwändiger Verfahren wie z.B. die Meerwasserentsalzung oder die Wasserstoffproduktion.

Das Bereitstellen von sauberem Trinkwasser für eine ständig wachsende Bevölkerungsgruppe ist letztlich nur durch hohen Energieaufwand zu bewältigen – die Abwesenheit von Brennstoffkosten macht die Hybridanlage zu einem idealen System-Partner.

Analoges gilt für Wasserstoff als Treibstoff-Substitut anstelle von Benzin, insbesondere in Verbindung mit Brennstoffzellen („zero emission vehicle“).

Herkömmliche Windkraftanlagen benötigen riesige Fundamente, um die schwere Triebwerksgondel und die dynamischen Kräfte am hohen Mast abzufangen.

Die Positionierung der bis zu 100 t schweren Generatoren und Getriebe ausgerechnet auf der Mastspitze ist eine große konstruktive Herausforderung und auch für die Wartung wenig zweckmäßig; beides lässt sich bei Windrädern mit horizontaler Drehachse jedoch kaum vermeiden.

Bei Rotoren mit vertikaler Achse kann der Generator im Fuß der Anlage untergebracht werden. Dadurch kann das Fundament viel einfacher ausfallen und auch die Wartung ist weitaus unkomplizierter.

Die Investition in die Anlage und deren Betriebskosten fallen bedeutend niedriger aus, als bei konventionellen Anlagen.

Der Aufbau aus separaten Komponenten (Rotor, Getriebe, Generator) und deren Montage am bzw. auf dem Mast erhöhen das Fehlerrisiko und die Investitionskosten.

Bei einem Rotor mit vertikaler Achse kann der Generator unmittelbar in der Drehachse integriert werden.

Dies reduziert nicht nur den Aufwand für den Aufbau, sondern eröffnet auch elegante Wege zur kontaktlosen Stromübertragung von den Solarmodulen auf den Rotoren.