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2010-03: Plus-Energiegebäude

Energieforschung

Die bisherigen Erfolge in Österreich sind ein deutlicher Hinweis auf das enorme Potenzial von Solarthermie zur Deckung des zukünftigen Wärme- und Kältebedarf. Um dieses Potenzial rasch und vollständig anzusprechen sind gezielte Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen erforderlich.

Solarthermie 2020: Innovationen und Forschungsstrategien

Von Michael Paula und Hemma Bieser *

Making the Zero Carbon Society Possible!
Mit den 20-20-20 Zielen leitet die Europäische Union eine deutliche Kursänderung bei den Energie- und Klimapolitik der Mitgliedsländer ein. Bis 2050 sollen die klimarelevanten Gase auf 80 bis 95 Prozent gegenüber 1990 reduziert werden, fordert der Europäische Rat. Mit dem Strategischen Energie Technologie Plan (SET) sollen die Entwicklung und Errichtung von kosteneffizienten „low carbon technologies“ beschleunigt und in den nächsten 10 Jahren insgesamt 70 Milliarden Euro an Investitionen getätigt werden. Mit entsprechenden Maßnahmen soll nicht nur die Klimaproblematik entschärft und die zukünftige Energieversorgung auf eine verlässlichere Basis gestellt werden, sondern gleichzeitig eine führende Technologiekompetenz in Europa erreicht werden.
Neben der radikalen Steigerung der Energieeffizienz sind die durchaus beträchtlichen Potenziale der erneuerbaren Energieträger offensiv zu nutzen. Solarthermie kann dabei entscheidend zur Deckung von Wärme- und Kältebedarf beitragen. Neben der schon verbreiteten Verwendung für Raumheizung und Brauchwassererwärmung kann Sonnenenergie auch in industriellen Prozessen und für wärmeintensive Dienstleistungen eingesetzt werden. Auf Basis eines sehr guten Heimmarkts ist es in Österreich gelungen, eine starke exportorientierte Solarindustrie aufzubauen. Doch dieser sehr erfolgreiche Kurs Österreichs kann nur dann weiter aufrechterhalten werden, wenn heute offensiv in Forschung und Entwicklung investiert wird und damit die Basis für zukünftige innovative und kostengünstige Technologien und Lösungen geschaffen wird.
Mit Einbeziehung der relevanten Forschungseinrichtungen und der einschlägigen Industriebetriebe wurden zukünftige Potenziale analysiert und Handlungsbedarf für Forschung und Entwicklung erarbeitet. Die Ergebnisse wurden 2010 in der Forschungsagenda Solarthermie publiziert.

Chancen für grundlegend neue Entwicklungen

Auf der einen Seite gilt es existierende Komponenten und Systeme sukzessive weiter zu entwickeln und durch Pilot- und Demonstrationsanlagen den Markteinstieg vorzubereiten. Andererseits sollten die Chancen für grundlegend neue Entwicklungen bei der Umwandlung der Solarstrahlung in Wärme sowie bei der Speicherung genutzt werden. Insbesondere wenn radikale Innovationen angestrebt werden, ist eine verstärkte Grundlagenforschung erforderlich. Darauf aufbauend kann - den Innovationsphasen entsprechend - mit Komponentenentwicklung und Systemtechnik (Industrielle Forschung) eine erste Implementierung und Erprobung (Pilotprojekte) vorbereitet werden.

Abbildung 1: Radikale Innovationen benötigen planbare Grundlagenforschung

Neben einzelnen Komponenten wie Kollektoren, thermischen Speichern, Regelungen und multifunktionalen Komponenten sind auch Systeme wie solare Kombianlagen, Einbindung in Wärmenetze oder die Integration in industrielle Prozesse in die Forschung mit einzubeziehen. Als Einsatzbereiche mit großem Potenzial für die Solarthermie und damit im Brennpunkt der zukünftigen Energieforschung werden folgende Anwendungen gesehen:

• Solare industrielle Prozesswärme
  Da ein überwiegender Teil der industriellen Prozesswärme auf einem Temperaturniveau unter 250°C möglich ist, kann diese durch Solarenergie gedeckt werden. Dies würde eine massive Ausweitung des Anwendungsfeldes der Solarenergie bedeuten und für Unternehmen große, neue Marktfelder erschließen. Deshalb sollten Prozesswärme- oder Mitteltemperaturkollektoren mit Arbeitstemperaturen zwischen 90°C und 250°C mit Fokus auf die Optimierung des Einsatzes von anorganischen Materialien wie Keramiken, Gläsern und Metallen entwickelt und die Integration in industrielle Prozesse erprobt werden.
• Thermisches Kühlen für gewerblich-industrielles thermisches Kühlen
  Im Vordergrund steht die Entwicklung von Anlagen zur solar gestützten gewerblich-industriellen Kühlung mit verbesserter zeitlicher Entkopplung von solarem Strahlungsangebot und Kühlbedarf. Dafür sind neue Systeme und Verfahren zur Lebensmittelfrischhaltung, Gefrierlagerung und Prozesskühlung notwendig.
• Weiterentwicklung von solaren Kombinationssystemen
  Bei der Weiterentwicklung von solaren Kombinationssystemen (Warmwasser und Raumheizung) stehen Entwicklungen, die sowohl das Solarsystem als auch den konventionellen Wärmeerzeuger (Biomasse, Wärmepumpe, Gasbrennwert etc.) mit hoher Kompaktheit zusammenführen (Heat Unit) sowie notwendige Standardisierungsarbeiten im Vordergrund. Beim „Aktiv-Solar-Haus“ ist die (Weiter)entwicklung von Gesamtsystemen für Neubau und Sanierung erforderlich, die solare Deckungsgrade von 50 – 100 % des Gesamtwärmebedarfs erreichen. Plug and Play Systeme für solare Warmwasser- und Kombianlagen können die Anwendung deutlich verbilligen.
• Einbindung von Solarwärme in Wärmenetze
  Basierend auf Modellen, die mittels neu zu entwickelnden Simulationswerkzeugen erstellt werden, gilt es die Möglichkeiten der Integration von Solarwärme in unterschiedlich große Wärmenetze zu untersuchen. Im Vordergrund stehen hier Fragestellungen der hydraulischen Einbindung in das Wärmenetz (Vorlauf- oder Rücklaufanhebung, zentrale oder dezentrale Einspeisung) als auch spezielle Untersuchungen im Bereich der Hydraulik großer Kollektorfelder. Zur Erzielung hoher solarer Deckungsgrade sollen neue Netz- und Speichermanagementlösungen entwickelt werden.
• Die Schlüsselfrage „Thermische Speicher“
  Die Frage der thermischen Speicherung ist entscheidend für die weitere Entwicklung in Richtung vollsolare Wärmebereitstellung. Bei fortgeschrittenen Wasserspeichern bieten sich eine Reihe von Weiterentwicklungsmöglichkeiten bezüglich Speichergeometrie, Oberflächenbeschichtung, Optimierung der Be- und Entladung sowie signifikant verbesserter Wärmedämmung. Für die Entwicklung neuer kompakter, wirkungsvoller sowie preiswerter Langzeitwärmespeicher sind umfassende, Grundlagen orientierte Forschungsarbeiten erforderlich
  Die oftmals geforderten Speicher mit hohen Energiedichten benötigen Anstrengungen auf österreichischer Ebene, aber auch die Anbindung an internationale Aktivitäten.
• Solarenergieforschung des Klima- und Energiefonds
  Die Zahl und Qualität der Einreichungen bei den beiden letzten Ausschreibungen „Neue Energien 2020“ des Klimafonds bestätigten das große Interesse von Industrie und Forschung an Solarthermiefragen. Die Weiterführung dieses Forschungsschwerpunktes und die Erprobung in geeigneten Pilotprojekten sind wichtige Voraussetzungen für die erfolgreiche Umsetzung einer zukünftigen Generation von innovativen und auch international wettbewerbsfähigen Technologien österreichischer Hersteller.
  Im Jahr 2010 hat der Klima- und Energiefond ein innovatives Förderprogramm basierend auf den Empfehlungen der Energiestrategie und der Forschungsagenda Solarthermie gestartet. Die erste Ausschreibung zu „solaren Großanlagen“ endete am 15. Oktober 2010. Mit der Förderentscheidung ist bis Jahresende zu rechnen. Es stehen bis zu 2 Mio. Euro an Fördermitteln zur Verfügung.

*) DI Michael Paula, Leiter der Abteilung für Energie- und Umwelttechnologien im Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) und Initiator des Programms „NACHHALTIG wirtschaften“
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DI Hemma Bieser, MSc, Leiterin des Strategischen Projektmanagements im Klima- und Energiefond und verantwortlich für das Programm „Neue Energien 2020“.
Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! , www.klimafonds.gv.at [^]