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2002-01: OPET Netzwerk Solarthermie

OPET weltweit

In den vergangenen drei Jahrzehnten ist in Indien auf dem Gebiet der thermischen und photovoltaischen Sonnenenergienutzung umfangreiche Entwicklungsarbeit geleistet worden. Gegenwärtig verfügt das Land über ein Sortiment an Technologien und Produkten, die sich in verschiedenen Stadien von Kommerzialisierung bzw. Forschung und Entwicklung befinden. Dennoch besteht Raum für höher gesteckte Ziele, vor allem in Hinblick auf das verfügbare Potential.

Entwicklung der Solarenergie in Indien

Von Amit Kumar, Ananksha Chaurey, Mahesh Vipradas und V.V.N. Kishore*

Indien sieht sich einerseits einem schnellen Bevölkerungswachstum und andererseits den Problemen gegenüber, die aus der Industrialisierung und einer schnellen, unkontrollierten Urbanisierung erwachsen. Die schnell wachsenden Bevölkerungszahlen und die verstärkte wirtschaftliche Entwicklung des Landes haben die Infrastruktur des Landes und letztendlich auch die Umwelt stark belastet. In Anbetracht des ständig wachsenden Energiebedarfes kann die Sonnenenergie gewinnbringend genutzt werden - vor allem in den armen ländlichen Gebieten, die nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen sind.

Energieprogramme

Indien war unter den ersten Ländern, die in den siebziger Jahren ein großes Programm für erneuerbare Energietechnologien gestartet haben. Der Schwerpunkt bei der Umsetzung des Programms durch die Abteilung für unkonventionelle Energiequellen (DNES) war in den 80er Jahren die Entwicklung, Verbreitung und Demonstration verschiedener erneuerbarer Energietechnologien (RET). Das Programm wurde mit Subventionen der Regierung realisiert. Es erhielt einen bedeutenden Auftrieb, als die DNES 1992 in ein Ministerium für nicht konventionelle Energiequellen (MNES) umgewandelt wurde.
Die Indische Agentur für die Entwicklung erneuerbarer Energietechnologien (IREDA) wurde als finanzieller Zweig des MNES geschaffen. Die Gründung der IREDA, einer Institution mit solider finanzieller Basis als Kreditgeber für diesen Sektor, hatte bedeutende Auswirkungen auf die Vermarktung erneuerbarer Energietechnologien.
Der Schwerpunkt verlagerte sich von direkten finanziellen Unterstützungen in Form von Subventionen zu indirekten Anreizen wie niedrigverzinste Darlehen, reduzierte Tarife und Steuern, Finanzierungspakete für Verbraucher und rentable Einspeisetarife. Dies hat die Investitionen im privaten Sektor bei Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen (PV) begünstigt und auch die Hersteller von Anlagen mit erneuerbaren Energietechnologien und Vermittler von Finanzierungen dazu bewegt, auf die Bedürfnisse der Verbraucher zu reagieren.

Solare Warmwasserbereitung

Thermische Solaranlagen zur Warmwasserbereitung mit Flachkollektoren sind eines jener Produkte, die in technischer und kommerzieller Hinsicht mehr oder weniger ausgereift sind. Thermische Solaranlagen werden eingesetzt, um den Warmwasserbedarf in Hotels und Krankenhäusern usw. abzudecken. Das Titelbild dieses Artikels zeigt eine thermische Solaranlage zur Warmwasserbereitung für das Krankenhaus von Mumbai.
In der Industrie werden Solaranlagen genutzt, um das Kesselspeisewasser vorzuheizen oder den Bedarf an Prozesswärme zu decken. Außerdem ersetzen thermische Solaranlagen in den Haushalten die Durchlauferhitzer zur Warmwasserbereitstellung. In Anbetracht des in Indien herrschenden Klimas werden Solaranlagen hier, im Gegensatz zu Europa, im allgemeinen nicht zur Raumwärmeversorgung eingesetzt.
Die meisten Anlagen für Haushalte werden für einen Warmwasserbedarf von 100 bis 250 Litern pro Tag ausgelegt. Anlagen, die einen Warmwasserbedarf bis zu 2.000 Litern pro Tag abdecken, sind zumeist Thermosiphonanlagen. Größere Anlagen werden mit Zwangsumlauf ausgeführt.
In Anbetracht des umfangreichen Potentials und der Verfügbarkeit der Ressourcen gewährte das MNES verschiedene Anreize in Form von Subventionen und anderen steuerlichen Vergünstigungen zur Förderung von solaren Warmwasserbereitungsanlagen. Weiters wurden Bedingungen geschaffen, um über die IREDA und bestimmte andere Banken zinsgünstige Kredite bereitzustellen. Alle diese Bemühungen führten zu einer ständigen Vergrößerung der installierten Kollektorfläche, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Die gesamte installierte Kollektorfläche hat sich von 0,119 Mio. m2 im Jahr 1989 auf 0,48 Mio. m2 im Dezember 1999 (MNES, 1988-99) vergrößert.
In den letzten Jahren betrug die jährlich installierte Kollektorfläche jeweils ca. 50.000 m2.Die meisten der Anlagen stammen aus indischer Produktion. In Folge der Unterstützungsprogramme kam es vermehrt zu Firmengründungen. Gegenwärtig gibt es in Indien 48 Hersteller von solaren Warmwasseranlagen (MNES, 2000), die über das ganze Land verteilt sind, sich jedoch in den südlichen Staaten konzentrieren. Für die Zertifizierung von Flachkollektoren und solaren Warmwasseranlagen wurden Test- und Standardisierungsverfahren eingeführt.

Abbildung 1:Gesamte in Indien installierte Kollektorenfläche von 1998 bis 2000

Eine der größten solaren Warmwasserbereitungsanlagen mit einer Leistung von 240.000 Litern Warmwasser pro Tag wurde 1993 in einer Erdölförderanlage in Ujjain installiert. Das Warmwasser wird als Kesselspeisewasser verwendet. Die Anlage hat eine Kollektorfläche von 6.000 m2 Flachkollektoren (Swarup and Sharma, 1997).

Abbildung 3: Sonnenkollektoren dienen der Warmwasserbereitung in einem Schulungszentrum mit Wohnbereich und Konferenzzentrum. Das Zentrum ist unabhängig von externen Energiequellen

Solarkocher

Private Haushalte sind mit 40-50% Anteil am Gesamtenergieverbrauch der größte Energieverbraucher in Indien. Der größte Teil dieser Energiemenge wird für Kochen verwendet, in den ländlichen Haushalten liegt der Anteil sogar bei 90%.
Solarkocher wurden 1982 im Rahmen eines entsprechenden nationalen Förderprogrammes verbreitet. Einige Behörden gewährten noch zusätzliche Beihilfen für Solarkocher. 1994 wurde eine neue Strategie zur Förderung von Solarkochern eingeführt. Die Beihilfen wurden wegen der raschen Kommerzialisierung der Kocher vollständig zurückgezogen. Im Rahmen dieses neuen Programmes wurde Unterstützung bei Aktivitäten zur Vermarktung von Solarkochern gewährt.
Bis Dezember 1999 wurden ca. 0,48 Millionen Solarkocher verkauft (MNES, 1999). Gegenwärtig gibt es ca. 42 Hersteller von Solarkochern.

Solare Wasserentsalzung

In großen Salzwasserbecken wird ein spezifisches Salz-(oder Dichte-)profil künstlich erzeugt und aufrechterhalten. Die Investitionskosten sind niedrig, da die Becken aus billigen Materialien wie Lehm, Kunststoff und Salz bestehen. In trockenen Regionen sind diese Anlagen eine hervorragende Möglichkeit für die Wasserentsalzung, wenn ausreichend Brackwasser zur Verfügung steht. Zur Erhöhung der Effektivität können sie mit verschiedenen anderen Technologien wie der Mehrstufenentsalzung gekoppelt werden.
Diese Anlagen imitieren in gewisser Weise einen Teil des natürlichen Wasserkreislaufes: Das Salzwasser wird durch die Sonnenstrahlen erwärmt, so dass mehr Wasserdampf (Feuchtigkeit) erzeugt wird. Der Wasserdampf kondensiert dann auf einer kalten Oberfläche, und das Kondenswasser wird als Frischwasser gesammelt. Abgelegene kleine Dörfer, Inseln, Leuchttürme und Salinen können so mit Trinkwasser versorgt werden.

Solare Trocknung

Solar erhitzte Luft kann zur Trocknung landwirtschaftlicher Produkte eingesetzt werden. Dadurch werden Verluste nach der Ernte reduziert, die durch unkontrollierte Trocknung durch direkte Sonneneinstrahlung entstehen.
Anlagen mit insgesamt ca. 2500 m2 Kollektorenfläche wurden im Rahmen des MNES-Programmes bereits in Betrieb genommen. Sie werden vorwiegend in den südlichen Landesteilen zur Vorwärmung der Luft für die Trocknung von Tee, Gewürzen usw. eingesetzt. Der Einsatz von solaren Trocknungsanlagen hat vielerorts zu einer bedeutenden Verringerung des Feuerholzverbrauches bei der Trocknung geführt. Es wurde ebenfalls festgestellt, dass durch solare Trocknung die Qualität der Trockenprodukte stieg.
Vom Forstwirtschaftsforschungsinstitut wurden Anlagen für die Trocknung von Holz entwickelt und bereits in verschiedenen Landesteilen installiert (MNES, 2000).

Passive Sonnenenergienutzung

Für die passive Nutzung der Sonnenenergie, vor allem für die passive Raumkühlung, gibt es in Indien viele historische Beispiele. Diese Gebäude zeugen von der großzügigen Ausnutzung passiver Kühlungsmöglichkeiten wie Sonnenschutzvorrichtungen, großer Raumhöhe, großer thermisch wirksamer Masse, Querlüftung, Verdunstungskühlung und Kopplung des Fußbodens mit dem Erdreich. Die meisten der in den Jahren 1000 bis 1500 nach Christus erbauten königlichen Paläste sind hervorragende architektonische Beispiele für die passive Nutzung der Sonnenenergie.
Leh in Ladakh liegt auf 34o09'' nördlicher Breite und in einer Höhe von 3.514 m über dem Meeresspiegel im oberen Himalaja. Leh hat ein charakteristisch kaltes und sonniges Klima mit extremer Kälte (Temperaturen unter -30 °C) und starker Sonneneinstrahlung (über 320 Sonnentage pro Jahr). Auf Grund dieser Klimafaktoren wurden dort solare Heiztechnologien getestet (Abbildung 3). In diesem Gebiet kann mit geringem Kostenaufwand die Sonnenenergie genutzt werden.
Ein erster Versuch zur passiven solaren Raumheizung wurde in den frühen 80er Jahren unternommen. Das Projekt umfasste die Umrüstung von zwei Hotels mit Hilfe von Trombe-Wänden (System zur Luftvorwärmung) und Verglasungen (Gupta, 1981).

Abbildung 2: Hochschul-Komplex mit passiver Sonnenenergienutzung in Leh im Himalaja von den Architekten Arvind Krishan und Kunal Jain (Majumdar, 2001)

Abbildung 4: Gebäudeintegrierte PV-Module in einem Schulungszentrum, eine Nahaufnahme der Module befindet sich unten rechts im Bild

Prozesswärme

Die meiste thermische Energie, die in der Industrie benötigt wird, liegt im Temperaturbereich von 100 °C bis 250 °C. Das entspricht dem mittleren Temperaturbereich von thermischen Solaranlagen. Die Energie wird entweder als unter Druck stehendes Heißwasser oder als Niederdruckdampf zur Verfügung gestellt. Die Energie wird gegenwärtig vorrangig durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Steinkohle, Braunkohle und Heizöl gedeckt.
Thermische Solaranlagen könnten hier ergänzend eingesetzt werden. Schätzungsweise werden ca. 60% der in der Industrie verbrauchten Wärmeenergie für die Verarbeitung von Endprodukten eingesetzt. Selbst wenn nur 10% dieses Bedarfs durch thermische Solaranlagen gedeckt würde, käme man zu einer jährlichen Einsparung von ca. 292.400 m³ Heizöl und damit auch zu einer Verminderung des Kohlendioxidausstoßes.
Was diese Technologie betrifft, so befindet sie sich in Indien noch im Entwicklungsstadium.

Solarkraftwerke

Strom aus Solarkraftwerken kann einerseits in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden und andererseits als Inselanlage abgelegene Gebiete versorgen. Bedenkt man die Kosten für eine Ausweitung des Stromnetzes, so wäre Strom aus Solarkraftwerken mit konzentrierender Solartechnologie (Parabolspiegel, Rinnensystem) rentabler als aus dem Verbundnetz (IT Power and TERI, 1997).
1989 wurde im Solarenergiezentrum ein Solarkraftwerk mit 50 kW Leistung zu Demonstrationszwecken installiert. In Mathania, in der Nähe von Jodhpur/Rajasthan ist ein kombiniertes 140 MW-Kraftwerk geplant. Die Leistung der Solaranlage beträgt 35 MW, die restlichen 105 MW werden mit Hilfe von Rohbenzin erzeugt. Für dieses Projekt wird von der Weltbank/GEF eine Subvention von 49 Mio. US $ und von der Regierung Deutschlands ein Pauschaldarlehen von 128 Mio. Euro bereitgestellt.

Ausblick

Im Laufe der Jahre hat Indien bedeutende Schritte auf dem Gebiet der Solarenergienutzung unternommen. Dies betrifft sowohl die Entwicklung als auch die Vermarktung von Solarenergietechnologien für verschiedene Anwendungsgebiete. Allerdings könnte in Anbetracht des riesigen Potentials an Solarenergie, über das Indien verfügt, weitaus mehr getan werden.
Der gegenwärtige Trend sieht die Schwerpunkte nur bei der Finanzierung und der Marktentwicklung. Davor muss es jedoch erst einmal zu vermarktende Produkte geben. Es muss erkannt werden, dass Technologie- und Produktentwicklung genauso wichtig wie die Finanzen sind.
Es muss in großem Umfang innovative Forschung und Entwicklung betrieben werden, um dem lokalen und nationalen Bedarf gerecht zu werden. Gleichzeitig sollten Strategien und Programme klar zwischen den Anforderungen an die Entwicklung und der Förderung von großen, zentralen Systemen einerseits und von verbraucher-(oder anwender-)orientierten Produkten andererseits unterscheiden.

*)Amit Kumar, Akanksha Chaurey, Mahesh Vipradas und V.V.N. Kishore sind Mitarbeiter des Tata Energiy Research Institute in Neu Delhi, Indien, TREI-OPET Indien, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]

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2002-01: OPET Netzwerk Solarthermie

OPET weltweit

Lesothos solare Zukunft

Von Gisela Prasad*

Eines von vielen Projekten, das derzeit in Südafrika zur Erprobung und Förderung der erneuerbaren Energien und zum Umweltschutz beiträgt, ist das von der UNESCO unterstützte "Solardorf-Projekt" in Lesotho. Das erste dieser Solardörfer wurde am 15. September 2000 durch den Erziehungsminister feierlich eröffnet, indem es symbolisch der Region "übergeben" wurde. Mitglieder des Parlaments und der Regierung, Universitätsangehörige, traditionelle Stammesführer, Studenten und die Bewohner der Region nahmen an der Zeremonie teil.
Alle Beteiligten zeigten großes Interesse an den verschiedenen Solartechnologien, die an der Grund- und der Sekundarschule, an privaten Gebäuden und am "Taung Skill Centre" des kleinen Dorfes im Bezirk Mohale´s Hoek installiert worden waren.
Durchgeführt wurde das Projekt durch das Institut für Südafrikastudien (ISAS), ein Forschungsinstitut an der Nationaluniversität von Lesotho und das Taung Skill Centre. Das Taung Skill Centre ist ein Wirtschafts-Trainingszentrum, das von der Region selbst verwaltet wird.
Das ISAS und das Taung Skill Centre bildeten Partnerschaften mit den Bewohnern mehrerer Dörfer, um die Landbevölkerung zu motivieren, ihre eigene Entwicklung in die Hand zu nehmen. Sie sollten so früh wie möglich an der Planung des Projektes beteiligt werden, um auf diese Weise aus den gemeinsamen Erfolgen, aber auch den Misserfolgen zu lernen.
Die Hauptaufgaben im Projekt waren die Durchführung von Trainingskursen über Solartechnologien, die Installation von Solaranlagen und die Schaffung von Rahmenbedingungen, die es ermöglichen, den Einsatz von solaren Technologien zum Erwerb eines Einkommens zu nutzen.

Trainingskurse

Wesentliche Ziele des Projektes waren die aktive Beteiligung der späteren Nutzer an der Errichtung der Solaranlagen sowie die Einrichtung eines Reparatur- und Wartungsdienstes im örtlichen Wirtschafts-Trainingszentrum.
Um dies zu gewährleisten, wurden für unterschiedliche Zielgruppen zahlreiche Ausbildungskurse durchgeführt.
Ein speziell für Entscheidungsträger zugeschnittener einwöchiger Kurs wurde für 13 Stammesführer aus verschiedensten Landesteilen abgehalten. Der Kurs vermittelte den Menschen, die weit weg vom solaren Dorf leben und bisher wenig Kontakt mit Technologien zur Nutzung von Sonnenenergie hatten, die Vorteile der solaren Energiegewinnung.
Im schulischen Bereich wird die Nutzug der solaren Technologien im Alltag erlernt. So werden die Mahlzeiten für die Volksschüler energie- und arbeitsparend mit Solarkochern zubereitet.
Eine weitere Verbreitung der Technologien erfolgt auch dadurch, dass Leute in das örtliche Wirtschafts-Trainingszentrum kommen, um die generellen Hilfsangebote in Anspruch zu nehmen. Dabei werden sie zur Besichtigung der Solaranlagen eingeladen und beginnen sich dann für solare Technologien zu interessieren.

Photovoltaik

Um im solaren Dorf unterschiedliche Anwendungen der Sonnenenergie zu erproben und zu demonstrieren, wurden sowohl solarthermische als auch photovoltaische Anlagen errichtet. Für die Beleuchtung der Sekundarschule wurde eine Photovoltaikanlage installiert, die mit Messgeräten zur Überwachung des Anlagenverhaltens ausgestattet wurde. Diese Anlage ermöglicht es, dass nun an der Schule auch Abendkurse für Schäfer abgehalten werden können, welche die Mehrheit der Analphabeten in Lesotho darstellen.
Eine weitere kleine Photovoltaikanlage wurde an einem Privathaus in Ha Machaha installiert, um die Nutzung von Solarstrom für Beleuchtung, Radio, Fernsehen und den Antrieb einer Nähmaschine zu demonstrieren. Auch am Wirtschafts-Trainingszentrum wurde eine Photovoltaikanlage für die Beleuchtung und für das Aufladen von Batterien installiert. Der verbleibende Strom wird für das Betreiben von Bohrern, Sägen und einer kleinen Drehbank für die Herstellung von Solarkochern genutzt. Die Schuluniformen werden von den Mitarbeitern des Zentrums und von den Schülern mit einer solarbetriebenen Nähmaschine hergestellt.
Solarstrom wird auch genutzt, um Wasser für die Bewässerung der Gärten und Gewächshäuser zu pumpen. Der Verkauf von Setzlingen und Gemüse aus den Gewächshäusern sind eine wichtige Einnahmequelle des Wirtschafts-Trainingszentrums.
Solarthermische Anwendungen
Solarthermische Technologien kommen in verschiedener Form zur Anwendung. Zunächst einmal werden Solarkocher für die Zubereitung von Mahlzeiten verwendet. Dies hat mehrere Vorteile: Durch die Solarkocher wird das Sammeln von Brennholz zumindest vermindert. Diese Arbeit wird traditionell von Frauen und Kindern durchgeführt und ist sehr mühsam und zeitintensiv. Weiters werden durch solares Kochen Erkrankungen der Atemwege und der Augen vermieden, die durch den Rauch des offenen Feuers ausgelöst werden. Schließlich wird die ohnehin karge Vegetation nicht noch weiter minimiert.

Abbildung 1: Aufgeständerte Thermosiphonanlage zur Warmwasserbereitung

Sechs Solarkocher (fünf große und ein kleiner) wurden in Schulen, Einrichtungen der Gemeinde und bei Privathäusern installiert. In der Volkschule von Liphiring werden damit nun für die Schüler die Mahlzeiten zubereitet. Sechs Praktikanten nahmen an Kursen im Zentrum teil und kauften Solarkocher für den eigenen Gebrauch und für Demonstrationszwecke.
Ein großer Solarkocher wurde im benachbarten Dorf Mabalane installiert. Mitglieder einer Selbsthilfegruppe treffen sich dort regelmäßig in einem Haus, um gemeinsam Handarbeitsgegenstände herzustellen. Nun kochen sie dort auch gemeinsam ihre Mahlzeiten. Die Frauengruppe eines anderen Dorfes erwarb einen Solarkocher, um darin Brot für den Verkauf herzustellen.
Auch die Studenten des Zentrums verwenden einen "Solar Box Cooker" und einen Parabolkocher, um ihre Mahlzeiten zuzubereiten. So kann auch Besuchern der Gebrauch dieser Geräte demonstriert werden.
Eine weitere Nutzung der Solarenergie erfolgt durch den Einsatz von solaren Trocknern. Obst und Gemüse - wie Tomaten, Pfirsiche und Marillen - werden in einem Solartrockner haltbar gemacht. Weiters können Pflanzen, die in der traditionellen Medizin eingesetzt werden, in diesen Trocknern zur besseren Haltbarkeit getrocknet werden.
Auch im Zentrum wird ein Solartrockner eingesetzt, um größere Mengen von landwirtschaftlichen Gütern für den Weiterverkauf konservieren zu können. Bewohner der Region bringen ihr Obst und Gemüse und können für einen Umkostenbeitrag den Solartrockner benützen.
Zur Demonstration wurden am Wirtschafts-Trainingszentrum auch zwei Solaranlagen zur Warmwasserbereitung errichtet. Diese werden auch im Zentrum hergestellt und verkauft.

Ausblick

In den ländlichen Gemeinden Lesothos besteht ein großer Energiebedarf. Solarenergie ist eine mögliche Energiequelle zur Deckung dieses Bedarfs. Dennoch sollte auch die Nutzung anderer erneuerbarer Energiequellen wie Wind und Biomasse erprobt und ausgebaut werden, wenn der gesamte Energiebedarf gedeckt werden soll. Hybridanlagen, die z.B. mit Sonne und Wind betrieben werden, könnten zur Produktion von elektrischem Strom eine Lösung bieten.
Die geplante Privatisierung der Stromerzeugung könnte es den Gemeinden in Zukunft ermöglichen, ihre natürlichen Ressourcen wie Sonne und Wind zu nützen und ihr eigenes Kraftwerk zu betreiben. Durch den Verkauf von Strom an das öffentliche Netz würde sich auch eine neue Einnahmequelle für die Gemeinden eröffnen.
Der Bau derartiger Anlagen erfordert aber auch ein entsprechend großes Startkapital und eine intensive Schulung der Menschen in der Region. Die Errichtung der Demonstrationsdörfer durch die UNESCO war der erste Schritt in diese Richtung.

*)Gisela Prasad ist Mitarbeiterin des Taung Skill Centre in Lesotho [^]

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2002-01: OPET Netzwerk Solarthermie

OPET weltweit

Im Rahmen eines von der UNESCO unterstützten Projektes zur Förderung von erneuerbaren Energietechnologien in Entwicklungsländern wurden in Namibia, Malawi, Mozambique, Lesotho, Angola und Swaziland "Solardörfer" eingerichtet. Das Ziel dieser Solardörfer ist es, im Rahmen von Demonstrationsprojekten in Landgemeinden, für die in der nächsten Zukunft keine Aussicht auf eine Anbindung an das öffentliche Stromnetz besteht, den Basisbedarf an Elektrizität mit Photovoltaik (PV) zur Verfügung zu stellen.

Solardörfer im südlichen Afrika

Von Sibusiso N. Dlamini und Jonathan Curren*

Eines dieser Solardörfer wurde in Mphaphati, Swaziland auf Initiative des Ministeriums für Naturressourcen und Energie errichtet. Das Dorf liegt am Great Usutu River. Die nächste Stromleitung befindet sich in einer Entfernung von sechs Kilometern, und es bestehen gegenwärtig keine Pläne für eine Erweiterung des Netzes. Ein Grund dafür ist, dass es in Swaziland nur wenige Dörfer im herkömmlichen Sinne gibt, da die Häuser räumlich weit auseinander liegen und eine Versorgung über ein Netz nicht wirtschaftlich wäre.
In Mphaphati wurden im Rahmen des Solardorfprojektes Photovoltaikanlagen zur Versorgung eines kleinen Ladens, des Marktes und der Grundschule, die von ca. 170 Kindern besucht wird, errichtet. Aufgrund der großen Entfernung zwischen den Häusern war es nicht möglich, eine zentrale Photovoltaikanlage für die gesamte Gemeinde zu errichten, da dafür zu hohe Kosten angefallen wären.
Eine Voraussetzung für die Errichtung der Anlagen war, dass die Gemeindemitglieder von Anfang an direkt am Projekt beteiligt werden, damit sie sich als Eigentümer fühlen und die Verantwortung für die Sicherheit der Anlagen übernehmen, sobald diese installiert sind.
Da die Wartung der Anlagen ein wesentlicher Faktor für den langfristigen Erfolg des Projekts ist, war das Ministerium sehr darauf bedacht, dieses Problem gleich von Anfang an zu regeln. So wurde eine NGO (Nicht-Regierungs-Organisation) aus der Region damit beauftragt, die Gemeindemitglieder darüber zu informieren, wie ein Wartungsfonds eingerichtet werden kann und wie klare Wartungsrichtlinien für die Anlage erstellt werden können. Um dieses Ziel auf nachhaltige Weise zu erreichen, gründete die Gemeinde einen "Ausschuss für Sonnenenergie".

Installierte Anlagen

Insgesamt werden acht Häuser mit Solarstrom versorgt. Das sind Schulgebäude, Gebäude für die Lehrer und für die Belegschaft sowie der Laden. Vier der Gebäude haben je ein Zimmer, drei je zwei Zimmer und eines hat fünf Räume. Das Haus mit fünf Räumen wird mit einem polykristallinen Photovoltaikmodul mit einer Leistung von 80 Wp mit Strom versorgt, die übrigen Häuser haben jeweils eine 40 Wp-PV-Anlage. Überschüssiger Strom wird in einer Batterie gespeichert. Jedes Zimmer in jedem Haus ist entweder mit einer 9 W-Lampe an der Stirnwand oder mit einer Hängelampe mit 9 W ausgestattet. Jedes Haus hat zudem eine 9 W-Außenlampe.
Um die nächtliche Sicherheit zu erhöhen, wurden vier mit Sonnenenergie betriebene Straßenlampen installiert. Diese sind für einen Betrieb von acht bis zehn Stunden pro Nacht mit einer minimalen Autonomie von dreieinhalb Tagen dimensioniert. Weiters wurde ein mit Sonnenenergie betriebenes Werbe-Leuchtschild für das Projekt montiert.

Tabelle 1: Anlagendaten der Photovoltaikanlage zur Stromversorgung der Grundschule. Die Schule hat drei Klassenzimmer

Tragbare Wasserpumpanlage

Neben den oben beschriebenen Anlagen wurde im Rahmen des Solardorfprojektes auch eine tragbare photovoltaisch betriebene Wasserpumpe angeschafft. Durch die mobile Ausführung soll der Diebstahl von Solarmodulen und Pumpe verhindert werden.
Die Anlage besteht aus zwei polykristallinen Shell Solar SA Modulen zu je 80 Wp und einer Pumpe. Der 10 m³ fassende Wassertank, die Rohre und der Rahmen für die Solarmodule sind fest installiert. Die PV-Module werden mit Scharnieren am Rahmen befestigt und können jeden Tag zusammen mit der Membranpumpe in einem hoch belastbaren Sack, zum Fluss hinuntergetragen werden.

Auswirkungen und Reaktion der Gemeinde

Die Reaktionen der Gemeinde waren außerordentlich ermutigend. Vor der Installation mussten die Lehrer sämtliche Korrekturen und die Vorbereitung für die Schulstunden im Schein von Kerzen erledigen. Sie mussten außerdem für das Wiederaufladen ihrer Autobatterien zahlen und für deren Transport sorgen. Mit diesen Batterien wurden Fernsehgeräte, Radiogeräte etc. betrieben.
Die Lehrer in Swaziland unterrichten nicht besonders gerne in Landschulen, da der Lebensstandard dort niedrig ist und es keine modernen Einrichtungen gibt. Dieses Projekt hat dafür gesorgt, dass der Lebensstandard der Lehrer drastisch gestiegen ist. Daher wird erwartet, dass die Nutzung der Sonnenenergie dazu beitragen wird, gute Lehrer in den ländlichen Gebieten zu halten.
Die Mehrheit der Universitätsstudenten in Swaziland stammt aus städtischen Gebieten. Eine der Ursachen dafür ist, dass es in ländlichen Gebieten zu wenige Möglichkeiten gibt, insbesondere im Hinblick auf den Unterricht in den Naturwissenschaften. Durch die Installation von Beleuchtung und die Bereitstellung von audiovisuellen Medien kann der Unterricht verbessert und ein höheres Bildungsniveau erzielt werden. Dies bewirkt wiederum steigende berufliche Möglichkeiten für die Studenten.
Im Rahmen des Projekts wurden in einem der Schulzimmer ein Fernsehgerät und ein Videogerät installiert, die mit der PV-Anlage betrieben werden (siehe Tabelle 1). Nun besteht auch außerschulisch großes Interesse an den Möglichkeiten, die das Fernseh- und das Videogerät mit sich bringen. Die Geräte werden auch für die Erwachsenenbildung, insbesondere für die Alphabetisierung sowie zur Übermittlung von Informationen zu Gesundheitsfragen genutzt. Weiters übernimmt die Anlage die Funktion eines Landkinos, oder man trifft sich an Samstagnachmittagen, um sich Fußballspiele anzusehen. Dies bringt neben der Erhöhung der Bildung und der Lebensqualität auch Einnahmen, die für die Wartung der Anlage verwendet werden können.

Schlussfolgerung

Um die Wartung nach der Übergabe zu gewährleisten, hat das Ministerium für Naturressourcen und Energie einen Wartungsvertrag über ein Jahr mit dem Lieferanten - Solar International Ltd. - abgeschlossen. Während dieses Zeitraums werden außerdem vom Ministerium eine Reihe von Inspektionsbesuchen durchgeführt, damit - wenn erforderlich - Hilfestellung gewährt werden kann. Zudem hat das Ministerium Schulungskurse für den Sonnenenergie-Ausschuss abgehalten. In diesen Kursen wurden grundlegende technische Aspekte der Installation und Wartung von Photovoltaikanlagen vorgestellt.
Aufgrund des Erfolgs dieses Projekts hofft man, dass es zu weiteren Investitionen für die Nutzung der Sonnenenergie kommt. Dies könnte durch einzelne Mitglieder der Gemeinde und durch andere interessierte Stellen geleistet werden, die Geld in die Nutzung der Sonnenenergie investieren. Die Gemeinde hat freundlicherweise angeboten, ihre Anlage anderen Gemeinden vorzuführen und ihnen sowohl die Vorteile als auch die Probleme, die ein solches Projekt mit sich bringt, näher zu bringen. Weitere Projekte, die gegenwärtig für die Gemeinde von Mphaphati vorbereitet werden, sind ein Solarkocherprojekt und die Installation eines mit Sonnenenergie betriebenen Münzfernsprechers.

*)Jonathan Curren ist Berater für erneuerbare Energien beim Ministerium für Naturressourcen und Energie von Swaziland
Sibisiso N. Dlamini ist Mitarbeiter des Ministerium für Naturressourcen und Energie in Mbabane, Swaziland [^]

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2002-01: OPET Netzwerk Solarthermie

OPET weltweit

Seit dem Ende der fünfziger Jahre hat sich die thermische Sonnenenergienutzung in China in großem Maßstab entwickelt. In dieser sich rasch weiterentwickelnden Nation ruft die blühende Wirtschaft geradezu nach der Nutzung von neuen und erneuerbaren Energien. Solarthermische Anwendungen präsentieren sich hier als wichtigster Faktor und sind in der Tat die in China am weitesten verbreitete Technologie zur Nutzung erneuerbarer Ressourcen.

China - Weltweiter Marktführer bei thermischen Solaranlagen

Von He Sizheng*

Seit dem Altertum nutzt das chinesische Volk die Sonnenenergie. So leitet man zum Beispiel Salzwasser in Becken, lässt es dort in der Sonne zum Entsalzen trocknen und gewinnt auf diese Weise das Salz für den täglichen Gebrauch. Man trocknet auch Gemüse in der Sonne, um ihm das Wasser zu entziehen, so dass es länger aufbewahrt werden kann. Bei all diesen Maßnahmen handelt es sich jedoch um direkte Nutzungsmethoden.
Die moderne Nutzung der Wärmeerzeugung auf Sonnenenergiebasis begann in China in den fünfziger Jahren, als 1956 der erste Solarkocher und 1958 die erste solare Warmwasserbereitungsanlage in China entwickelt wurden. In den siebziger Jahren gab es einen Schub in der Entwicklung der Solartechnologie, da damals viele Prototypen von Warmwasserbereitern entwickelt und in kleinerem Maßstab angewendet wurden. In den darauffolgenden Jahren wurde die Entwicklung von thermischen Solartechnologien, wie zum Beispiel der Solarherd und Solaranlagen zur Warmwasserbereitung, in mehrere Fünfjahrespläne aufgenommen. Darin sind die Entwicklungsrichtlinien für jeweils fünf aufeinanderfolgende Jahre seit der Gründung der Volksrepublik China enthalten. Allerdings erregte die Nutzung von Verfahren zur Wärmeerzeugung auf Sonnenenergiebasis erst im Jahr 1990 in großem Umfang das Interesse von Regierung und Industrie, und seit diesem Zeitpunkt hat es auf diesem Gebiet rasante Fortschritte gegeben (siehe auch Abbildung 1).
Bei Solarkraftwerken zur Erzeugung von Strom handelt es sich um eine sehr vielversprechende Technologie. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt gibt es in vielen Ländern Pläne für den Bau von derartigen Kraftwerken. In China sind Solarkraftwerke noch im Stadium der Forschung und Entwicklung.

Abbildung 1: Entwicklung der Nutzung der Solarenergie in China in den Jahren 1984 bis 1998

Solare Warmwasserbereitung

Unter sämtlichen Verfahren zur Nutzung der Sonnenenergie nimmt die Warmwasserbereitung in der Vermarktung den wichtigsten und erfolgreichsten Platz ein (siehe Abbildung 2). China ist in der Tat der weltgrößte Hersteller von solarthermischen Anlagen für die Warmwasserbereitung und es hat auch den größten Markt dafür.

Abbildung 2: Thermosiphonanlagen zur solaren Warmwasserbereitung auf dem Dach eines Mehrfamilienwohnhauses in der Provinz Anhui

Die Solarindustrie ist in China eine blühende Branche mit einer gesamten Marktkapazität, die ca. das fünffache der Kapazität der EU ausmacht. Eine Fabrik für Solaranlagen zur Warmwasserbereitung nach der anderen entsteht in vielen Provinzen, angeführt von den Provinzen Yunnan, Shandong und Jiangsu, so dass es mittlerweile im ganzen Land 1000 Herstellerfirmen gibt. Die meisten dieser Firmen sind kleine und mittelgroße Unternehmen. Es gibt nur ca. 10 große Firmen mit einem Jahresumsatz von über 13,5 Millionen Euro. Der Umsatz der gesamten Solarindustrie beläuft sich auf fast 0,8 Milliarden Euro, und das Exportvolumen beträgt über 22 Millionen Euro, was im Inland für 50.000 Arbeitsplätze sorgte.
Im Jahr 1992 konnten in China 500.000 m² und im Jahr 1997 3,5 Millionen m² Kollektorfläche verkauft werden. Davon sind 1,6 Millionen m² Flachkollektoren, 1 Million m² Vakuumröhrenkollektoren und die restlichen 900.000 m² sind Speicherkollektoren.
Seit kurzem steigen die Verkaufszahlen für Vakuumröhrenkollektoren sehr rasch, während die Flachkollektoren eine sinkende Tendenz aufweisen. Bis zum Ende des Jahres 2000 belief sich der Bestand an Sonnenkollektoren auf 26 Millionen m² und die jährliche Produktionskapazität auf 6,1 Millionen m².
Auf dem chinesischen Markt für solare Warmwasseranlagen werden drei Typen von Kollektoren, nämlich der Speicherkollektor, der Flach- und der Vakuumröhrenkollektor (einschließlich des Heat-Pipe-Kollektors) hergestellt. Bei den Herstellern von Speicherkollektoren handelt es sich hauptsächlich um kleinere und mittlere Betriebe.
Flachkollektoren werden aus Kupfer, Aluminium und einer Kombination von beiden Materialien hergestellt. China verfügt gegenwärtig über 18 Fertigungsstraßen für Cu-Al-Komplex-Absorber, wobei jede der Anlagen eine Produktionskapazität von 100.000 bis 150.000 m² hat. Die rund 10 Fertigungsstraßen für Aluminiumabsorber haben je eine Produktionskapazität von 50.000 bis 100.000 m². Die Anzahl der Hersteller von Vakuumröhren stieg rasant von 10 im Jahr 1995 auf 64 im Jahr 1998 an. Die gesamte Produktionskapazität der Hersteller von Vakuumröhren betrug 1998 20 Millionen Stück.

Solarhäuser

Es ist allgemein anerkannt, dass durch passive Sonnenenergienutzung der Heizenergiebedarf deutlich reduziert werden kann. Diese Technologie wurde in großem Umfang in Nordchina gefördert, wo die Wärmeversorgung in den langen, kalten Wintern von großer Bedeutung ist. Die führenden Provinzen sind Liaoning und Hebei und die autonome Region Tibet.
Die passive Sonnenenergienutzung ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt die für Solarhäuser vorherrschend eingesetzte Technologie. Die aktive solare Raumheizung befindet sich gegenwärtig noch im Entwicklungsstadium.

Solare Trocknung

In China befindet sich die solare Trocknungstechnologie gegenwärtig noch im Stadium der Demonstration. Solare Niedertemperaturtrocknungsanlagen wurden in den Provinzen Guangdong und Hebei und in Shanghai errichtet. Sie werden hauptsächlich zum Trocknen von landwirtschaftlichen Produkten, von Holz und handwerklichen Produkten verwendet.

Solarkocher

Solarkocher werden hauptsächlich in ländlichen Regionen verwendet und tauchten in Shanghai zum ersten Mal im Jahr 1956 auf. Im Jahr 1974 wurde man bei einer Solartechnologiekonferenz in Shanghai erstmals auf sie aufmerksam. 1986 wurden Solarkocher als Schlüsselbereich für Forschung und Entwicklung in den siebten Fünfjahresplan (1986-1990) aufgenommen.
In mehr als 20 Jahren Forschungs- und Förderungsarbeit entwickelte sich diese Technologie von vereinzelten, tastenden Experimenten zur organisierten, landesweiten Zusammenarbeit, in der Schlüsselprobleme in Angriff genommen wurden. Aus Pilotproduktions- und Anwendungsprojekten entstand eine industrialisierte Serienfertigung und Vermarktung. Man kann sagen, dass sowohl die Technologie als auch ihre Anwendung große Fortschritte gemacht haben.
Der weiter entwickelte Kocher arbeitet mit gebündeltem Licht (wie z.B. Parabolkocher) und hat die Kochkiste ersetzt. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt beläuft sich die Gesamtzahl der Solarkocher in China auf über 300.000. Die meisten werden von Bewohnern der ländlichen, unterentwickelten Gebiete an der Flussstrecke des Gelben Flusses, einschließlich der Provinz Gansu Province, der Provinz Qinghai und der autonomen Region Tibet gekauft, wo es an konventionellen Energiequellen mangelt, aber Sonnenschein im Überfluss vorhanden ist.

Nationale Energiepolitik

Der Entwicklungsplan für die solare Warmwasserbereitung sieht für die nächsten 15 Jahre vor, dass vor allem die Solarenergienutzung im ländlichen Raum ausgeweitet werden soll (siehe auch Abbildung 3). Weiters soll versucht werden, mit der Integration von Solaranlagen direkt in der Planungsphase von Gebäuden einzusteigen. Der Markt soll erweitert werden, indem die ökonomischen aber auch die ökologischen Vorteile von Solaranlagen hervorgehoben werden. Dafür sind ausgereifte Anlagen nötig, die mit konventionellen Technologien zur Warmwasserbereitung finanziell konkurrieren können. Es sollen verschiedene Anlagentypen entwickelt werden, die den Ressourcen und regionalen Bedingungen entsprechen, so dass eine Warmwasserversorgung mit minimalen Kosten erreicht werden kann.
Angestrebt wird weiters eine führende Rolle der chinesischen Solarindustrie am internationalen Markt. Die Produktionskapazität soll bis zum Jahr 2005 auf 11 Millionen m² Kollektorfläche ausgeweitet werden.

Abbildung 3: Angestrebtes jährliches Produktionswachstum der Solartechnologieprodukte und der Nutzung in chinesischen Haushalten bis zum Jahr 2015

Hemmnisse für die Entwicklung

Ein häufig zu beobachtendes Phänomen auf dem chinesischen Markt für solare Warmwasseranlagen besteht darin, dass eine beträchtliche Anzahl an Herstellern nur Produkte auf einer niedrigen Qualitätsstufe kopiert, ohne selbst Anstrengungen zu unternehmen, ein konkurrenzfähiges Produkt zu entwickeln. Dies und die Tatsache, dass das Hauptkriterium für den Wettbewerb der Preis ist, hat zu chaotischen Bedingungen auf dem Solarmarkt in China geführt. Aus diesem Grund gibt es derzeit wenig technologische Innovationen.
Da es sich bei der Mehrheit der Hersteller von Solaranlagen um kleine und mittelgroße Firmen handelt, ist das technische Servicesystem bei weitem nicht ausgereift. Dies stellt ein großes Hindernis für die weitere Entwicklung der Industrie dar. Daten belegen, dass das Verhältnis von Herstellern von Solaranlagen zu technischen Servicefirmen in China 4:1 beträgt, während das Verhältnis in den Vereinigten Staaten etwa 1:3 ist. Die Tatsache, dass das technische Servicesystem, das den Service für Konstruktion, Verkauf, Installation und Kundendienst umfasst, sich beträchtlich langsamer als die Produktionskapazität entwickelt, behindert offensichtlich eine gesunde Entwicklung der Industrie und des Marktes.
Es wurde noch kein Qualitätsüberwachungssystem eingerichtet. Es wurden zwar acht landesweite Industrienormen veröffentlicht, doch wurde noch kein Institut für die Überwachung der Produktqualität auf Staatsebene eingesetzt, wie dies gemäß der Anforderungen erfolgen sollte. Daher haben Produkte schlechter Qualität die Möglichkeit, sich auf dem Markt einzuschleichen.
In manchen Fällen kommt es zu einem Konflikt zwischen Solaranlagenplanern und der Städteplanung. Dieses Problem entsteht zumeist in Städten, wenn Entscheidungsträger der Ansicht sind, dass Sonnenkollektoren optisch nicht in die Umgebung passen. Auch werden die nötigen Verrohrungen oftmals als störend empfunden.
In den letzten Jahren wurden Umweltschutz und Energiesparen stark in den Vordergrund gestellt, so dass sich mehr und mehr Menschen darüber Gedanken machen, welche Auswirkungen ihr Konsumverhalten auf die Umwelt hat. Dennoch bleiben der Preis und die Leistung eines Produktes die ausschlaggebenden Faktoren für die Kaufentscheidung. Es wird also vorgeschlagen, die Öffentlichkeit und die Entscheidungsträger verstärkt zu informieren, gleichzeitig die Verlässlichkeit und das Design der Produkte zu verbessern und den Preis zu senken.

Ausblick

Prognosen zufolge wird sich der Markt für Solaranlagen zur Warmwasserbereitung in den kommenden 15 Jahren mit einer Wachstumsrate von 20% entwickeln, Anlagen zur solaren Warmwasserbereitung werden in 25% der chinesischen Haushalte installiert werden. Im Vergleich mit der gegenwärtigen Situation, in der es nur in 7,6% der chinesischen Familien eine Solaranlage gibt, sieht der Markt in der Zukunft sehr vielversprechend aus.
Ein weiterer Faktor für die Förderung der Solarindustrie ist die Überlegung, dass die Sicherheit der Energiequelle eine große Rolle spielt. In Anbetracht der Entwicklung der Wirtschaft und der sinkenden Reserven an fossilen Brennstoffen wird China immer mehr von importiertem Öl abhängig. Diese Situation kann man nur ändern oder wenigstens entschärfen, wenn Energie gespart wird und neue Ressourcen genutzt werden. Dazu kann die Sonnenenergie einen sehr großen Beitrag liefern.
Die Zukunft für solarthermische Anwendungen sieht in China vielversprechend aus und wird vom Engagement der Regierung und den praktischen Bedürfnissen der Menschen gefördert. Es muss allerdings noch viel Arbeit in Forschung und Entwicklung sowie ins Management gesteckt werden, um das Potenzial ganz auszuschöpfen.

*) He Sizheng, ist Mitarbeiter des Zhejiang Energieforschungsinsituts in Hangzhou, ZERI OPET China, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]