Trendrückblick 2022: Anwendungen (Teil II)

Solar-Wasser-Nexus

Microgrids, die denen in Castañer, Puerto Rico, die im ersten Teil dieser Serie vorgestellt wurden, nicht unähnlich sind, werden auch zum Betrieb von Pumpen für den Zugang zum Grundwasser verwendet. Und dies ist nur ein Beispiel dafür, wie Solaranlagen in vielen Teilen der Welt im Kampf gegen die Wasserknappheit helfen.

Der Solar-Wasser-Nexus ist ein schnell wachsendes Netzwerk von Anwendungen, und für viele Regionen auf der ganzen Welt könnte die Fähigkeit der Solarenergie, im kleinen Maßstab zu arbeiten, große Vorteile bringen.

Auf der Insel Sansibar wird mit Dieselgeneratoren für über 200.000 Dollar im Monat oft ziemlich brackiges Wasser durch heruntergekommene Rohre gepumpt. Die Zanzibar Water Authority (ZAWA) will netzunabhängige Solaranlagen nutzen, um Wasserpumpen an ihren Bohrlöchern, Aufbereitungsreservoirs und ihrem Verteilungsnetz zu betreiben.

Sagte ZAWA-Generaldirektor Salha Mohammed Kassim PV-Magazin dass nur 36 % der Haushalte auf der Insel mit 1,7 Millionen Einwohnern an Wasser angeschlossen sind.

„Wir haben noch einen langen Weg vor uns, um 100 % zu erreichen, aber aus diesem Grund suchen wir nach netzunabhängigen Solaranlagen“, sagte Kassim.

Eine weitere Anwendung im Solar-Wasser-Nexus ist die solarbetriebene Entsalzung. Dies ist eine netzunabhängige Lösung, die in von Dürre heimgesuchten Regionen wie Somalia eingesetzt werden kann, aber auch im größeren Maßstab attraktiv ist, um Wasser für die Industrie zu liefern – insbesondere grünen Wasserstoff.

McKinsey & Company sagt, dass Unternehmen mit wasserintensiven Betrieben ihr Risiko reduzieren können, indem sie auf erneuerbare Energien umsteigen. Aus einer Analyse von 1.500 Unternehmen in der Chemie- und Lebensmittel- und Getränkeverarbeitungsindustrie ergab sich, dass ein erheblicher Teil der Energieeinkäufe in Ländern mit geringer Nutzung erneuerbarer Energien und hoher Wasserknappheit getätigt wurde, was zu unverhältnismäßigen Auswirkungen auf Wasser und Emissionen führte. Die Analyse zeigte, dass eine Steigerung des Kaufs erneuerbarer Energien um 50 % zu einer Reduzierung des Wasserverbrauchs um 60 % in beiden Sektoren führen würde.

Ein besonders vielversprechender Trend ist die Installation von Solaranlagen über Kanälen, insbesondere in Regionen, die mit Wasserknappheit kämpfen. Canal-Top-Solaranlagen wurden in Indien vor einem Jahrzehnt entwickelt, als die erste Canal-Top-Solaranlage in Gujarat installiert wurde. Aber neue Erkenntnisse der University of California (UC) und Project Nexus unterstreichen jetzt den symbiotischen Charakter der Lösung, die hilft, Wasser zu sparen und gleichzeitig Energie zu erzeugen, und das alles, ohne Ackerland zu belegen.

„Die Nutzung der Kanalinfrastruktur für die Solarentwicklung kann beide Systeme effizienter machen. Schatten von den Sonnenkollektoren kann die Verdunstung von Wasser aus den Kanälen verringern, insbesondere in heißen kalifornischen Sommern“, sagte Brandi McKuin, Umweltingenieurin an der UC Merced und Hauptautorin der Studie. „Und weil sich Wasser langsamer erwärmt als Land, könnte das unter den Modulen fließende Kanalwasser sie um ein paar Grad abkühlen und die Stromerzeugung um 3 % steigern.“

Die Studie zeigte, dass, wenn alle 6.500 km der kalifornischen Kanäle mit Sonnenkollektoren bedeckt wären, fast 300 Milliarden Liter Wasser pro Jahr eingespart und 15 GW erneuerbare Energie erzeugt werden könnten.

Gebäudeintegrierte PV

Gebäudeintegrierte PV (BIPV) ist seit langem vielversprechend, aber die Anwendbarkeit im großen Maßstab bleibt eine Herausforderung. In den letzten zehn Jahren haben die technologischen und ästhetischen Verbesserungen von BIPV es für eine breitere Palette von Projekten praktikabler gemacht. Ein interessanter Anwendungsfall für BIPV ist die Renovierung und Emissionsreduzierung von historische Gebäude .

„Die Tatsache, dass man neue Produkte basierend auf kristalliner Technologie entwickeln kann, die die Solarzellen verbergen, erleichtert den Einsatz von Solarenergie bei Renovierungsprojekten, da das Glas wie jedes andere Material wie Keramikfliesen oder Stein aussehen wird“, sagte Teodosio del Caño, Chief Technical Officer der in Spanien ansässigen Onyx Solar.

Onyx Solar hat bereits innovative BIPV-Lösungen auf historischen Gebäuden auf der ganzen Welt installiert, und laut del Caño sind es die ästhetischen Verbesserungen der Technologie, die die Nische in den letzten Jahren wachsen ließen. „In den letzten zwei Jahren sind Fassaden unser Hauptprodukt geworden“, sagte del Cańo. „Früher waren es Oberlichter und Vordächer, heute sind Fassaden ein hervorragender Markt. Es gibt jetzt keine Einschränkungen für die Verwendung von BIPV an der Vorderseite eines Gebäudes.“

Wolkenkratzer-Solar

Die technologischen Verbesserungen bei BIPV-Fassaden sind etwas, das Eigentümer und Betreiber von Hochhäusern im Auge behalten, zumal die Möglichkeiten zur Emissionsreduzierung für netzabhängige Gebäude eher begrenzt sind.

Angesichts der explodierenden Bevölkerung globaler Städte leben viele von uns bei der Arbeit an Orten, die lange Zeit Sonnenwüsten waren. Für den größten Teil der Geschichte machte die eher kleine Dachgröße im Vergleich zur gesamten Quadratmeterzahl des Gebäudes das Erzeugungsprofil von Solarenergie kaum lohnend.

Aber da die Kosten für Solarenergie weiter gesunken sind und die Energiedichte der Module zugenommen hat, können die oft kahlen Dächer der Wolkenkratzer der Städte jetzt einen respektablen Prozentsatz der Elektrizität eines Gebäudes liefern. Kombinieren Sie diese Änderung mit den Verbesserungen in der BIPV-Technologie, insbesondere wenn es um Fassaden geht, und plötzlich haben Wolkenkratzer das Potenzial, Solarkraftwerke zu werden.

"Mit den Fortschritten in der Solartechnologie übersteigen die jetzt verfügbaren energiedichten Module 450 W pro Modul und ermöglichen bedeutende und sinnvolle erneuerbare Projekte an Standorten [im zentralen Geschäftsviertel], die sonst auf dem eingeschränkten Dach nicht realisiert werden könnten", sagte der CEO von Venergy Australia Matthäus Wilkins.

Venergy integrierte das 223-kW-Solarsystem mit den regenerativen Aufzügen des Gebäudes und seiner Trigeneration von 600-kW-Gasturbinen fünf Gewerbetürme am Collins Square in der Innenstadt von Melbourne, wodurch sich die Gesamterzeugungskapazität des Standorts auf 2 MW erhöht.

Laut einer in der Fachzeitschrift Solar Energy veröffentlichten Studie können die Gebäude in der Innenstadt von Melbourne 74 % ihres eigenen Strombedarfs aus Solarenergie decken, die vollständig in Dächer, Wände und Fenster integriert wurde. Solaranlagen auf Dächern würden 88 % dieses Angebots ausmachen, wobei wandintegrierte und fensterintegrierte Solaranlagen 8 % bzw. 4 % liefern.

Professor Jacek Jesieniak von der Monash University, ein Autor der Studie, sagte dass das Ziel der Forscher „war zu zeigen, dass es tatsächlich ein riesiges Potenzial gibt (für städtische PV, insbesondere auf Dächern), es ist einfach enorm. Aber die Leute denken nicht darüber nach, weil die Leute eher in der Größenordnung eines Gebäudes als in der Größenordnung einer Stadt denken.“

Jim Stewart, Associate Director bei Fender Katsalidis – dem australischen Architekturbüro hinter dem zweithöchsten Gebäude der Welt, dem 678,9 Meter hohen Merdeka 118 (S. 50) in Kuala Lumpur, das mit einer 140-kW-Solaranlage für sein Park Hyatt Kuala Lumpur Hotel gekrönt ist – erzählt PV-Magazin dass Kunden ermutigt werden, PV-Lösungen in Betracht zu ziehen, da „die meisten Gebäude mit einer Höhe von über 180 Metern nicht innerhalb von 50 Jahren abgerissen werden. Solaranlagen auf Dächern sind bei der Konstruktion und Entwicklung von Wolkenkratzern alltäglich geworden.“

Nur wenige sind von der Fähigkeit der Solarenergie nicht überzeugt, an abgelegenen, netzfernen Standorten zuverlässige Energie bereitzustellen oder zuvor unfruchtbare oder einseitig genutzte Flächen zu nutzen. Im Jahr 2022 haben wir gesehen, wie sich das Spektrum der Orte, an denen die Sonne scheint, noch einmal erweitert hat, sogar an einigen der gefährlichsten Orte der Welt.

Von Offshore-Bohrinseln bis hin zu abgelegenen Minen und den Frontlinien von Konfliktgebieten funktioniert Solarenergie dort, wo andere versagen, und zwar ohne Nachtanken oder regelmäßige Wartung. Abgelegene Standorte können nicht nur Solarenergie nutzen und teure Kraftstofftransport- und Wartungskosten einsparen, sondern auch das Risiko für Arbeiter verringern.

Diese Einsparungen wurden auch vom US-Militär bemerkt. Der in Brooklyn ansässige Entwickler von Solargewebe und -strukturen, Pvilion, hat ein einfach aufzubauendes Solarzelt entwickelt. Julia Fowler von Pvilion erzählte PV-Magazin dass die Zelte viel mehr leisten, als Schutz an vorderen Standorten zu bieten. Sie „bieten auch Leistung, Komfort, Anpassungsfähigkeit, Heizung und Kühlung sowie Schutz vor den Elementen … mit dem Ziel, die Einsatzbereitschaft zu maximieren.“

Interessanterweise kann die Lösung auch als Teil des Solar-Wasser-Nexus betrachtet werden. Das Projekt Arcwater der US-Armee sieht vor, dass die Energiegewinnung der Solarzelte zur Wassergewinnung in agilen Kampfeinsatzsituationen genutzt wird.

Senior Master Sgt. Brent Kenny vom ⁵² Fighter Wing sagt, dass eine dreitägige 30-Personen-Mission, die normalerweise 40.000 US-Dollar kosten würde, mit Hilfe des Solarzelts und anderer Technologien wie der Wassererntemaschine weniger als 600 US-Dollar kosten würde, während sie die gleiche Kampffähigkeit bietet.