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Kritische Betrachtung der Solarbranche in Ost-Afrika

Erfahrungsbericht aus Tansania und Uganda

Hausarbeit 2011 30 Seiten

Politik - Internationale Politik - Thema: Entwicklungspolitik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

1 Einleitung
1.1 Energieproblematik in Afrika
1.2 Photovoltaikstrom als Alternative zum klassischen Netzstrom
1.3 Finanzierungsmodell für dritte Weltländer

2 Grundlagen der solaren (photovoltaischen) Stromversorgung
2.1 Schematischer Aufbau und Funktionsweise eines SHS
2.2 Charakteristische Eigenschaften der einzelnen SHS Komponenten
2.2.1 Solarmodul
2.2.2 Energiespeicher - Blei-Säure Akku:
2.2.3 Laderegler
2.3 Dimensionierung von SHS
2.3.1 Ermittlung des täglichen Energiebedarfs EBedarf in Wh
2.3.2 Erforderliche PV-Leistung PPV in Watt
2.3.3 Erforderliche Speicherkapazität in Ah (Amperestunden)

3 Hauptteil - Erfahrungen aus Tansania und Uganda
3.1 Beschreibung der Vorort Situation
3.2 Beispieldimensionierung eines 14Wp SHS von Umeme Jua
3.2.1 Technische Daten und typische Verbrauchszeiten
3.2.2 Täglicher Energiebedarf:
3.2.3 Notwendige PV-Generatorleistung
3.2.4 Batterieauslegung
3.2.5 Qualität der verwendeten Komponenten
3.2.6 Auswirkungen in der Praxis
3.3 Ergebnisse der Vergleichsanalyse
3.3.1 2 Lampen System Tanzania (Umeme Jua) - Anhang Abb. 7
3.3.2 3 Lampen System Tansania (Umeme Jua) - Anhang Abb. 7
3.3.3 Fernsehsystem Klein Tansania (Umeme Jua) - Anhang Abb.
3.3.4 2 Lampen System (Sollatek) - Anhang Abb. 10
3.3.5 Fernsehsystem Klein (Sollatek) - Anhang Abb. 10
3.3.6 1 Lampen System Uganda (FINCA) (Abb. 11)
3.3.7 4 Lampen System Uganda (FINCA) (Abb. 11)
3.4 Gründe für die Fehldimensionierung
3.4.1 Fehler in der Dimensionierung von SHS
3.4.2 Unqualifizierte Ausbildung und gefährliches Halbwissen
3.4.3 Kurze Kredittilgungsdauer - große Versprechungen - Geldgier

4 Fazit

5 Literaturverzeichnis

6 Anhang

Vorwort

Ausschlaggebender Grund für die Niederschrift folgende Arbeit waren die gesammelten Erfahrungen während zweier mehrwöchiger Aufenthalte in Tansania und Uganda.

Als Mitarbeiter für eine Berliner Energie-Consulting Firma wurde ich Anfang letzten Jahres nach Tansania und im November gleichen Jahres nach Uganda geschickt, um dort Qualitätskontrollen an solaren Haushaltsystemen (engl. Solar Home System, kurz: SHS) durchzuführen. Mit solchen SHS wird versucht den ärmsten Menschen in ländlichen Regionen ohne Stromzugang, Elektrizität für Kleinstelektrogeräte (z.B. Licht, Radio) zur Verfügung zu stellen.

Während dieser Qualitätskontrollen wurden große Missstände sowohl beim Wissenstransfer von europäischen Solarunternehmen zu den lokalen Solarbranchen als auch bei deren Empfehlungen zur technischen Umsetzung von Solarsystemen festgestellt. Die dabei begangen Fehler haben sich wie ein Lauffeuer verbreitet und sind mittlerweile in ganz Ost- und Westafrika zu finden mit schlimmen Folgen für die Ärmsten der Welt.

Dieser Umstand hat mich als angehenden Ingenieur zu tiefst erschüttert und führte mir die soziale Verantwortung und die weitreichenden Folgen von Fehlern im Ingenieurswesen vor Augen und verleitete mich schlussendlich dazu, diesen Erfahrungsbericht zu verfassen.

1 Einleitung

1.1 Energieproblematik in Afrika

Weltweit leben ca. 1,6 Milliarden Menschen - zum größten Teil in Afrika und Südasien - ohne eine gesicherte und regelmäßige Stromversorgung. Ein ökonomisches Wachstum ist für Viele ohne Elektrizität kaum möglich, die Leistungen von Krankenhäuser und Schulen sind stark eingeschränkt und eine Grundversorgung, wie man sie in reichen Staaten als selbstverständlich ansieht, kann nicht geboten oder gewährleistet werden. (1)

Ein Stromanschluss eines typischen Einfamilienhaushalts an das öffentliche Stromnetz ist aufgrund der schlechten Infrastruktur häufig nicht möglich. Zudem sind die Initialkosten für den Anschluss an ein Gebäude sehr hoch und so für den relativ geringen Strombedarf vieler Menschen oft finanziell nicht tragbar. Des Weiteren ist die Versorgungssicherheit des öffentlichen Netzes in weiten Gebieten nur unzureichend. Stromausfälle über mehrere Tage bis hin zu Monaten sind keine Seltenheit (z.B. drei Monate Stromausfall im Frühjahr 2010 auf Sansibar (2)).

Für die häusliche und kleingewerbliche Beleuchtung werden somit großteils Kerosin-, Gaslampen oder Kerzen eingesetzt. Neben der schlechten Lichtqualität und der auftretenden gesundheitsschädlichen Verbrennungsgase stellen diese Leuchtquellen für den Nutzer zusätzlich laufende Kosten dar. Durch lange Transportwege und den steigenden Ölpreisen können diese unter Umständen einen Großteil des Einkommens aufbrauchen.

1.2 Photovoltaikstrom als Alternative zum klassischen Netzstrom

Die Solarenergie kann gerade in Afrika ihre Vorteile voll ausspielen. Die Anzahl der Sonnenstunden pro Tag ist im Vergleich zu Europa deutlich höher (Abb. 1) und der geringe Strombedarf (häufig nur Beleuchtung) kann relativ kostengünstig und technisch einfach mit einer autark arbeitenden photovoltaischen Anlage zur Verfügung gestellt werden. Dabei kommen häufig kleine solare Inselsystem, sogenannte solare Haushaltssysteme (SHS, siehe Kapitel 1.3), zum Einsatz. Ist ein solches SHS erst einmal installiert, liefert es täglich Strom, ohne dass dabei laufende Kosten entstehen. Der produzierte Strom reicht je nach Größe der Anlage zur Versorgung von Haushalten und kleinen Geschäften mit Licht, Radio bis hin zu Fernsehgeräten und Kühlschränken.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Durchschnittliche täglich akkumulierte Globaleinstrahlung in kWh/m2 (3)

1.3 Finanzierungsmodell für dritte Weltländer

In vielen Fällen sind die Investitionskosten eines SHS so hoch (umgerechnet zwischen 200€ bis 1.000€), dass es der Zielgruppe nicht möglich ist, diese Kosten durch eine Einmalzahlung zu begleichen. Ein geeignetes Finanzierungsmodell ist somit notwendig. Darüber hinaus fehlt es an einem verlässlichen Vertriebsnetzwerk welches nachhaltig Service zu Verfügung stellt und Schutz vor dem boomenden Plagiatmarkt bietet.

Die Mikrofinanzierung stellt hierbei eine mögliche Lösung dar. Sie ist ein Finanzierungsmodell für Menschen, die aufgrund ihrer geringen finanziellen Leistungsfähigkeit nicht durch „klassische" Banke mit Krediten versorgt werden. Seit das Jahre 2005 zum United Nation Jahr für Mikrofinanzierung erklärt wurde und Muhammed Yunus mit der Grameen Bank den Friedensnobelpreis 2006 verliehen wurde, sind Mikrokredite ein erfolgreiches Tool zur Bedienung von Personen in Regionen mit schlechter Infrastruktur und geringem Einkommen.

Verwaltet werden diese Klein(st)kredite von Mikrofinanzinstituten (engl. Micro Finance Institution, MFI). Die Mikrofinanzierung ist aber nicht nur ein Instrument, das die hohen Investitionskosten in leistbare monatliche Teilbeträge aufspaltet. Die Mikrofinanzierung unterhält außerdem durch die MFIs ein komplettes Analyse und Service Netzwerk mit enger Kundennähe. Kreditnehmer müssen beurteilt, Kredite ausgezahlt, Raten eingesammelt und Betriebsausfällen nachgegangen und die Funktion wieder hergestellt werden.

Da die Kundenzufriedenheit und dessen Fähigkeit, den Kredit zu tilgen, von der Performance des finanzierten SHS abhängt, haben die MFIs hohes Interesse daran die Qualität und Funktion des SHS über die gesamte Kreditlaufzeit zu garantieren.

2 Grundlagen der solaren (photovoltaischen) Stromversorgung

2.1 Schematischer Aufbau und Funktionsweise eines SHS

Um den Strom aus Photovoltaik Modulen in Inselsystemen nutzen zu können, muss der tagsüber erzeugte Strom gespeichert werden. Für SHS, wie in Abb. 2 dargestellt, hat sich die Speicherung in speziell für den Solarbetrieb optimierte Blei-Säure Akkumulatoren bewährt. Um den Ladeanforderungen der verwendeten Akkumulatoren gerecht zu werden, kommen speziell für Inselsysteme 12V Module zum Einsatz. Diese können durch serielles Verbinden für Systeme höherer Spannung (z.B. 24V, 48V usw.) verwendet werden. Um eine korrekte Ladung der Batterie zu gewährleiten sowie diese vor Über- und Tiefentladung zu schützen wird ein Laderegler zwischen Solarmodul, Verbraucher und der Batterie geschlossen. Um Wechselstromgeräte wie z.B. Farbefernseher betreiben zu können muss die Gleichspannung mittels Inverter in eine Wechselspannung konvertiert werden. Als Leuchtmittel kommen vorzugsweise 12V DC (Engl. Abk. Direct Current - Gleichstrom) Sparlampen oder DC Leuchtstoff-röhren zum Einsatz, da diese den Strom effektiver in Licht umwandeln als herkömmliche Glühfadenlampen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Schematische Darstellung eines SHSs

2.2 Charakteristische Eigenschaften der einzelnen SHS Komponenten

Im Folgenden wird kurz auf die wichtigsten für den Einsatz in SHS essentiellen Eigenschaften der Komponenten sowie deren Schwachpunkte eingegangen. Für detailliertere Informationen rund um die Komponenten wird auf (4) und (5) verwiesen.

2.2.1 Solarmodul

Das Solarmodul, korrekterweise als Photovoltaikmodul bezeichnet, ist das Herzstück einer Solaranlage und dient zur Wandlung der Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie.

Zur solaren Stromversorgung kommen zurzeit hauptsächlich zwei unterschiedliche Typen zur Anwendung:

- Kristalline Silizium Module (Mono- sowie Polykristalline Module)
- Dünnschichtmodule: Können aus unterschiedlichsten Materialen bestehen. Aktuell wichtigster Vertreter: Module aus amorphem Silizium.

2.2.1.1 Kristalline Solarmodule:

Diese Module (Abb. 3 links und mitte) weisen in der Praxis einen erreichbaren Wirkungsgrad von bis zu 16% (Poly-C) bzw. 20% (Mono-C) auf. Dieser ist über die Lebensdauer jedoch nicht konstant. Je nach Modultyp ist eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Degradation (alterungsbedingter Rückgang) der Modulleistung vorhanden. So sinkt der Wirkungsgrad von kristallinen Zellen linear um etwa 10% in 20 Jahren.

Kristallines Silizium reagiert auf erhöhte Zelltemperaturen mit Leistungseinbußen von ca 0,5% pro °C Temperaturerhöhung. Bei einer Zelltemperatur von 60°C (praktischer Wert bei warmer Jahreszeit) sinkt die Nennleistung somit um etwa 18%.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Monokristalline Zelle (links), polykristalline Zelle (mitte), amorphe Zelle (rechts) (6)

2.2.1.2 Amorphe Module

Amorphe PV-Module (Abb. 3) sind Dünnschichtmodule. Dabei wird Silizium aus der Gasphase auf ein TrägerMaterial (meist Glas) aufgedampft. Durch den geringen Materialaufwand und der kostengünstigen und effektiven Produktion sind diese günstiger als Module aus kristallinem Silizium. Jedoch weisen sie auch einen geringeren Wirkungsgrad (praktisch ca. 6% bis 8%) auf und produzieren somit weniger Watt pro Modulfläche. Im Anwendungsbereich von SHS spielt dieser jedoch eine untergeordnete Rolle, da bei den geringen geforderten Leistungen meist kein Platzmangel besteht.

Amorphe Module weisen bei höheren Temperaturen geringere Leistungsverluste auf als kristalline Module. Außerdem ist die Energieausbeute bei diffuser Lichteinstrahlung (z.B. Bewölkung) höher als bei kristallinen Modulen. Nachteile sind die starke Degradation der Leistung von rund 25% in den ersten Gebrauchsstunden (Abb. 4). Viele Hersteller berücksichtigen diese Minderleistung jedoch und geben in den Datenblättern die stabilisierte Leistung nach dem anfänglichen Alterungsprozess an.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.2.2 Energiespeicher - Blei-Säure Akku:

Neben dem Solarmodul ist der Energiespeicher die wichtigste Komponente eines SHS. Dabei wird in der Praxis überwiegend der Bleisäureakku eingesetzt. Dieser Batterietyp besitzt für die Anwendung in SHS das beste Preis-/Leistungsverhältnis, weist einen hohen Wirkungsgrad auf und kann auch hohe Ströme verarbeiten. Die Kosten sind dennoch nicht zu unterschätzen. Rund ein Viertel bis ein Drittel des Gesamtpreises eines SHS gehen auf Kosten des Energiespeichers. Da ein Akku nur eine begrenzte Lebenszeit aufweist, muss dieser im Laufe der Zeit ersetzt werden. Betrachtet man den gesamten Lebenszyklus eines SHS, so machen die Batteriekosten sogar den größten Anteil der Gesamtkosten aus.

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Details

Seiten
30
Jahr
2011
ISBN (eBook)
9783640969043
ISBN (Buch)
9783640969401
Dateigröße
3.7 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v175811
Note
Schlagworte
Energietechnik Entwicklungshilfe Solarenergie Afrika Solar Home System Energieversorgung Photovoltaik Blei Säure Akku Tansania Uganda

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Titel: Kritische Betrachtung der Solarbranche in Ost-Afrika