TEIL C

Solarpumpen

Das einzige Verfahren, das schon früh praktische Anwendung findet, stammt von der französischen Firma Sofretes. Diese Anlage arbeitet im Niedertemperaturbereich mit Frigen als Arbeitsmedium, wodurch als Ener­giesammler schon einfache Flachkollektoren ausreichen (Stand 1979). Anlagen, die statt dessen mit Wasser als Arbeitsmedium funktionieren, benötigen wegen dessen höherer Arbeitstemperatur stark konzentrierende und der Sonne stetig nachgeführte Sammler – was die Konstruktion um ein vielfaches komplizierter macht.

Ein noch einfacheres Modell wird 1979 von der IPAT (TU-Berlin) vorgestellt. Dabei handelt es sich um eine Vorrichtung, zu der auch eine Membranpumpe ohne gleitende Teile gehört – womit sich das System auch zur Förderung von Sand- oder schlammhaltigem Wasser eignet. Als Arbeitsmedium wird in Flachkollektoren solarbeheiztes n-Pentan eingesetzt. Es werden aber auch andere, weniger aggressive und ungiftige Verbindungen erprobt. Der Vorschlag der IPAT berücksichtigt im besonderen, daß die für das Gesamtsystem benötigten Teilkomponenten möglichst alle in den jeweiligen Anwenderregionen hergestellt werden können, und daß das technische Prinzip auch ungeschulten Menschen verständlich und einsichtig ist, damit die Anwender in der Lage sind, das System selber instand zu halten bzw. zu reparieren.

Natürlich liegt auch der Einsatz von PV-Systemen für solare Wasserpumpen nahe, weil sich die allgemeine technologische Entwicklung und Umsetzung schon seit langem auf elektrisch betriebene Tauchpumpen konzentriert. Besteht am Brunnen sogar eine Netzanbindung, dann läßt sich mit einem angebots- und bedarfsorientierten Mischprogramm eine optimale Anlagennutzung realisieren (s.u.).

In den 80ern beginnen viele Pumpenfirmen auch für den solaren Betrieb geeignete Modelle anzubieten. 1982 listet der Katalog des dänischen Unternehmens Grundfos schon 22 verschiedene Größen bis 1,5 kW auf, zu Preisen von 10.000 $ bis 15.000 $ und einer erwarteten Lebensdauer von bis zu 20 Jahren.

Ab 1987 wird am Fachbereich Maschinenbau der TU-Berlin an der Entwicklung einer einfachen Kreiselpumpe in Schweißkonstruktion gearbeitet, die für den solaren Einsatz geeignet und in den Ländern der 3. Welt selbst herstellbar ist. Wie einem Bericht der Publikation TU-International zu entnehmen ist, wird ein entsprechendes zweijähriges Kooperationsprojekt mit Ghana allerdings erst 1997 bewilligt.

1994 wirbt die deutsche Heizungsbaufirma Herrmann aus Schwerte mit der Entwicklung einer solarbetriebenen Stirlingmotor-Pumpe ’Sunwell’, die in Indien produziert werden soll. Schon 1986 hatte der Solarpionier Eckhard Weber mit ihrer Entwicklung begonnen, und später eine Lizenz an Herrmann vergeben, doch mit dem Konkurs der Firma endete das Projekt. Erst Jahre später wird die Pumpe von Webers eigener Sunmachine GmbH wieder selbst vermarktet (s.u. Stirling-Motor).

Das Angebot von Grundfos umfasst 2006 Solarpumpen für einen Förderstrom bis 180 m³/Tag,  Förderhöhen bis 200 m und einer Wassertemperatur bis maximal 60°C.

PV-Anlagen

In Mali wird 1978 die (nach Angaben der UNESCO) damals weltgrößte Sonnenenergieanlage in Betrieb genommen. Etwa 200 km südlich von Timbuktu in der Stadt Dire an den Ufern des Niger erzeugen 3.200 m² Kollektorfläche etwa 80 kW Strom für die folgenden Aufgaben:

täglich 8.500 m³ Wasser aus dem Niger sieben Meter hoch zur Bewässerung von 15 Hektar Land hochzupumpen,

täglich 600 Kubikmeter Trinkwasser aus 18 m Tiefe für die Versorgung der 10.000 Einwohner von Dire hochzupumpen,

den Speicherraum einer landwirtschaftlichen Kooperative zu kühlen,

die Kooperative und ein Touristenhotel mit elektrischem Licht zu versorgen.

Die Kosten von einer Million Dollar werden von der französischen Regierung im Rahmen des Programmes ‚Neue Energie für die Sahel-Länder’ getragen.

Das Sowjetische Forschungsinstitut für neuartige Stromquellen stellt Anfang der 1980er Jahre eine Solarpumpe vor, die bei voller Lichteinstrahlung pro Stunde bis zu 1,5 m³ Wasser aus einer Tiefe von 15 m fördert – betrieben von Silizium-Zellen, die auf einer 5 x 1 m großen Tafel montiert sind. Das System, das primär als Wasserschöpfwerk für Weideflächen in Trockengebieten eingesetzt werden soll, besitzt neben einer automatischen Sonnennachführung auch eine automatische Reinigungsvorrichtung, die von Zeit zu Zeit selbsttätig den leistungsmindernden Steppenstaub abkehrt.

Auch andere Länder – alleine oder im Rahmen von internationalen Kooperation – beschäftigen sich mit der Elektrifizierung entlegener Dörfer mittels Sonnenenergie.

Im indischen Madras arbeitet Anfang der 1980er Jahre eine 10 kW Anlage der Firma MBB, außerdem beschäftigt man sich mit der Dorfelek­trifizierung durch BMFT-Mittel. Algerien kooperiert mit dem BMZ, und der Irak hat eine intensive Zusammenarbeit mit Frankreich begonnen.

Im Laufe der Jahre zeigt sich, daß PV-Anlagen in Entwicklungsländern aus wirtschaftlichen Gründen in erster Linie für ‚Insel-Versorgungen’ geeignet sind, also für Orte ohne Anbindung an das bestehende Stromnetz. Man betracht diesen Sektor als Marktnische mit großem Potential in der gesamten südlichen Hemisphäre.

Ende der 1980er Jahre schätzt man, daß es weltweit etwa 6.000 PV-Solarpumpen gibt, doch nun kommen jährlich etwa 1.500 hinzu. Die EG startet ein Pilotprojekt, bei dem 1.000 Wasserpumpen in der Sahelzone eingesetzt werden.

1990 gibt das BMFT bekannt, daß es in den vorangegangenen 16 Jahren rund 850 Mio. DM an Fördermitteln für die Nutzung erneuerbarer Energie in Ländern der 3. Welt ausgegeben hat – das sind etwa 37 % des in diesem Zeitraum für die Förderung der erneuerbaren Energie insgesamt aufgewendeten Betrags von 2,3 Mrd. DM (zwei Jahre später lauten die Zahlen aus der selben Quelle allerdings 660 Mio. und 4 Mrd. DM – !?). Mit 23 Ländern bestehen wissenschaftlich-technische Abkommen – wobei sieben davon als Schwerpunktregionen gelten: Indonesien, Brasilien, Argentinien, Mexiko, China, Indien und Ägypten. Diese Auswahl wirft einige Fragen auf, besonders wenn man dabei berücksichtigt, daß es bei den meisten Kooperationsprojekten um Einsatzbereiche der Photovoltaik handelt. Jedenfalls ist zu diesem Zeitpunkt bereits gesichert, daß PV-Wasserpumpen mit Kosten von 0,30 DM/m³ Wasser signifikant unter den Kosten einer Dieselpumpe liegen (ca. 0,40 DM/m³), und das BMFT finanziert daraufhin mit rund 26 Mio. DM eine fünfjährige Felderprobung von 120 PV-Wasserpumpen in acht Ländern der 3. Welt (Argentinien, Brasilien, China, Tunesien, Zimbabwe, Jordanien, Indonesien, Philippinen).

Trotzdem tuckern auch heute noch, 15 Jahre später, weltweit Millionen und Abermillionen brennstoffverbrauchender Dieselpumpen...

Ebenfalls um die Sahel-Region geht es bei einem EG-geförderten Projekt, in dessen Verlauf das federführende Comité Permanent Interétas De Lutte Contre La Secheresse Dans Le Sahel in Quagadougou, Burkina Faso, der Siemens Solar GmbH in München zum bis dato größten kommerziellen Einzelauftrag der Photovoltaik-Industrie verhalf. Er umfaßt die Lieferung, Installation und Wartung von PV-Systemen mit einer Gesamtleistung von 640 kW in Gambia, Guinea Bissau, Mauretanien, Senegal und auf den Kapverden. Im Einzelnen handelt es sich um 410 Solarpumpen, 89 Kühl-, 303 Beleuchtungs- und 33 Batterieladesysteme. Die Projektlaufzeit von vier Jahren endet 1994, doch Siemens meldet erst 1996, daß man bis dato eine Gesamtleistung von 540 kW installiert hätte.

1991 berichtet die GTZ, daß insbesondere auf den Philippinen zwei Nutzungssysteme eine unerwartet hohe Akzeptanz gefunden haben: Solar-Batterieladestationen und Solar-Heimsysteme, die Einzelhaushalte mit einer Minimalstrommenge für Licht, Radio und Fernsehen versorgen. Ähnliche Erfahrung werden auch im Senegal gemacht.

Um jedoch eine tatsächliche Breitenwirkung zu erzielen sind die PV-Systeme noch immer zu teuer. Das Worldwatch-Institut geht Mitte 1992 davon aus, daß die Installationskosten für eine 35 – 50 W Anlage zwischen 800 und 1.000 DM betragen – für viele Menschen der 3. Welt also völlig unerschwinglich. Dabei reicht eine derartige Anlage gerade mal dazu aus, 4 – 6 schwache Glühbirnen oder ein Radio drei bis vier Stunden lang zu betreiben. Trotzdem amortisiert sich ein derartiges System in weniger als fünf Jahren, wenn man die monatlichen 15 – 20 DM zugrunde legt, welche pro Haushalt sonst für Wegwerfbatterien und Kerosin ausgegeben werden.

1993 wird geschätzt, daß inzwischen weltweit etwa 15.000 PV-Wasserpumpen im Einsatz sind – die Zuwachsrate beträgt jährlich zwischen 1.000 und 2.000 Stück. In diesem Jahr wird in Indonesien das weltweit bedeutendste Photovoltaikprojekt eingeleitet, bei dem in den folgenden 5 Jahren rund 1 Mio. Klein-PV-Anlagen (50 W) für Hausstrombedürfnisse an interessierte Dorfbewohner verkauft werden sollen. Langfristig sollen sogar alle 60 Mio. Bewohner des Inselstaates versorgt werden. Der Auftrag für die ersten 2.000 Systeme geht an eine deutsche Firma.

Auf der 12. Europäischen PV-Konferenz in Amsterdam, die 1994 von der EG-Kommission veranstaltet wird, präsentiert man das Programm Power for the World, das die Installation von mehreren Millionen PV-Anlagen in aller Welt umfaßt. Zu diesem Zeitpunkt errichtet die deutsche DASA Solarpumpen im argentinischen Buschland und solargestützte TV-Relaisstationen in der Inneren Mongolei. Das Unternehmen hat ferner den Auftrag, bis 1996 vier Dörfer auf Hainan, einer Insel im Südchinesischen Meer komplett mit Solarstrom zu versorgen.

1995 soll es weltweit bereits 157.000 Dörfer geben, die mit Solarstrom versorgt werden. In Indien geht man sogar einen Schritt weiter und beginnt 1996 mit dem Bau einer ‚Solarzone’ in der Thar-Wüste, wo neben Aufwindkraftwerken (s.d.) auch PV-Anlagen mit einer Gesamtkapazität von 5.000 MW installiert werden sollen. 1997 beginnt die Solar Century Initiative mit ihren Investitionen: GAIA Kapital, eine von Rolf Gerling gegründete Venture Capital Gesellschaft beauftragt die amerikanische Firma Sun Light Power im Rahmen eines 2 Mio. $ Vertrages mit dem Aufbau eines Photovoltaik-Service in Afrika, Asien und Lateinamerika. Im Rahmen dieses Service werden die PV-Systeme nicht verkauft, sondern von Sun Light Power installiert und gegen eine monatliche Gebühr vermietet. Ende des Jahres installiert Siemens Solar in der chinesischen Provinz Shenzen ein PV-System mit 114 kW Leistung – das zu diesem Zeitpunkt zu den größten Photovoltaik-Anlagen in Asien zählt.

Das Institut für Solare Energieversorgungstechnik (ISET) in Kassel veröffentlicht 1999 Zahlen, denen zufolge die Versorgung von weniger als 100 Haushalten pro Quadratkilometer am billigsten mittels Solartechnik gewährleistet werden kann, die auf diesem Anwendungssegment sogar preiswerter als die kleinen, dezentralen Dieselanlagen ist. Damit rechnet sich die Photovoltaik für rund 2 Mrd. Menschen, die bislang noch immer ohne Strom sind.

Im März 1999 startet die Shell AG in Südafrika das Projekt Solar-Home-Systems, bei dem kleine PV-Anlagen Strom für 4 Lampen, ein Radio und einen Fernseher liefern. Da die Investitionskosten von ca. 1.000 DM für viele der potentiellen Kunden unerschwinglich sind, koppelte Shell den Vertrieb mit einer Art Strom-Leasing, bei der die Kunden ihre monatliche ‚Stromrechnung’ von 10 bis 15 DM im Voraus bezahlen – soviel wie sie sonst für Kerzen, Öl und Batterien ausgegeben haben. Dafür erhalten die Kunden eine Chipkarte, die ‚ihre’ Solaranlage für einen Monat freischaltet. Bis 2001 will Shell 50.000 Solar-Home Anlagen installieren. Das Unternehmen ist außerdem in der Mongolei präsent, wo ebenfalls 50.000 Anlagen installiert werden sollen, und für Brasilien rechnet man sogar mit einem Kundenstamm von 20 Mio. Menschen.

Unter dem Motto Sonne für die Welt sammelt der gemeinnützige Verein Süd-Nord-Ost-West-Netzwerk e.V. Spenden für den Bau von ‚Weltbürger-Solaranlagen’ in Weißrußland und Indien. Das auf Initiative von Dietrich von Bodelschwingh für Tschernobyl-Umsiedler in Lehmbautechnologie gebaute Dorf Drushnaja (Freundschaft) soll ebenso Solaranlagen von Phönix (s.d.) erhalten, wie die in Indien entstandene Bewegung der ‚Unabhängigen Energieproduzenten’ DESI (Decentralised Energy Systems India).

Die bundeseigene Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) will 2002 in Südafrika erstmals entlegene ländliche Regionen mit Solarenergie versorgen. Rund 27.000 Haushalte sollten eine Anlage erhalten, die elektrische Beleuchtung und den Betrieb kleinerer Geräte sicherstellte. Ein entsprechender Darlehensvertrag in Höhe von 15,8 Mio. € ist bereits unterzeichnet. Geplant ist außerdem, Schulen und Gesundheitsstationen in der östlichen Kapprovinz im Nordwesten des Landes mit Solarstrom zu versorgen.

Modellvorhaben in der 3. Welt

Da es so gut wie unmöglich ist, eine Gesamtübersicht über alle schon durchgeführten Projekte und Vorhaben zu geben, möchte ich hier einige frühe Modellfälle vorstellen. Über die großtechnische solare Entsalzung und Wiederaufbereitung von Wasser werde ich weiter unten gesondert berichten.

KÜhlhaus

In Ägypten wird 1978 von den Firmen Dornier und Linde AG und im Auftrag der GTZ eine 30 m² Kollektor­fläche installiert, welche die Temperatur eines an­geschlossenen Frischhalteraumes für Lebensmittel von etwa 10 m³ Volumen auf 0°C – 3°C absenkt. Als Betriebs­mittel wird das leicht siedende Ammoniak gewählt. Unter tropischer oder subtropischer Sonne läßt sich pro Quadratmeter Solarabsorberfläche täglich bis zu ei­ner Kilowattstunde in Form von Kälte gewinnen.

Solare Ziegelbrennerei

Das BMFT-unterstützte System, das im Sommer 1979 in Spanien versuchsweise installiert wird, ist von Prof. Knut Kauder an der Universität Dortmund entwickelt worden und soll später in Entwicklungsländern eingesetzt werden. Der 9 m hohe Brennofen besitzt sechs konkave Spiegel, die das Sonnen­licht über einen Sekundärspiegel in den Brenner hinein­leiten. Die Gesamtfläche der Spiegel beträgt nur rund 18 m² – und es sind Temperaturen bis zu 1.000°C erreichbar, mittels derer die Ziegel gebrannt werden.

SonnendÖrfer

In Mexiko wird Ende der 1970er Jahre das abgelegene Fischerdorf Las Barrancas ausgewählt, um als Modell für die sonnenenergetische Komplettversorgung kleinerer Ortschaften in Ländern der 3. Welt zu dienen. Der Name dieses Projekt lautet Sontlan, und die Realisation erfolgt in Zusammenarbeit zwischen dem BMFT und der mexikanischen Regierung. Die gesamte solarelektronische und elektrotechnische Ausrüstung dieses damals weltweit größten Sonnendorf-Projektes stellt die Firma AEG-Telefunken. Bereits im Dezember 1977 hatte ein Technikerteam in Begleitung von Fachleuten des BMFT das Dorf besucht – die einzige Stromquelle des 250-Seelen Ortes bildete damals ein 1 kW Generator, dessen Strom in erster Linie der Versorgung des Ortstelefons diente, mit welchem der Kontakt zur Außenwelt gehalten wurde.

Im November 2007 meldet sich Herr Joachim Paul vom damals beteilgten Unternehmen DEBEG-Service bei mir, nachdem er festgestellt hatte, daß die einzige Erwähnung dieses frühen Projektes im gesamten Netz hier im Buch der Synergie zu finden ist. Bei ihm bedanke ich mich sehr für die folgenden Fotos. Herr Paul schickte mir auch reichlich Material, von dem ich hier etwas aus seinen persönlichen Erfahrungen zitiere:

"Meine Aufgabe war es im Projekt Sontlan eine sichere Kommunikation im Telefon und Datenbetrieb zwischen Las Barrancas an der Pazifik-Küste und Cd. Constitucion im Landesinneren herzustellen. Ich bin dreimal dort gewesen. Es ging auch um die Frage, wie bekommen wir den Relais-Container auf den Berg. Kein Problem, sagten die Mexikaner, da nehmen wir einen Hubschrauber – und schon ist er oben. Leider hatten sie später keinen geeigneten Hubschrauber für das Gewicht. Deshalb mußte ein Weg in Serpentinen den Berg hinauf gebaut werden, was ca. ein Jahr gedauert hat.

Zur Inbetriebnahme war von den eigentlichen Solaranlagen noch nichts zu sehen, mit der Telefon- und Datenleitung habe ich ja erst die Basis für die ganze Logistik vorbereitet. Später war ich ein drittes Mal dort, um die Techniker vor Ort in Wartung und Reparatur des Kommunikationssystems zu schulen."

Als wichtigste Neuerung wird innerhalb des Projekts ein sonnenbetriebenes Kühlhaus eingeführt, in dem die von den Einwohnern gefangenen Delikatess-Fische bis zum Weitertransport eingefroren werden. Bisher hatte der weite Weg bis zu der im Binnenland gelegenen Fischfabrik den größten Teil der Fänge verderben lassen.

Die Sonnenfarm, die 100 kW – 200 kW leistet, liefert gleichzeitig noch ausreichend Elektrizität für Koch- und Pumpzwecke, für ein Funktelefon, ein Rundfunkgerät und einen Videorekorder. Über die in diesem Dorf ebenfalls installierte Meerwasser-Entsalzungsanlage werde ich weiter unten berichten.

Anfang 1983 werden in Las Barrancas solartechnisch bereits 1.617 kW Strom erzeugt, mittels Parabolkollektoren wird 400°C heißes Öl für den Betrieb einer 120 kW Eismaschine bereitgestellt, und der Heißwasserbedarf der Bewohner und der Fischfabrik wird mittels konventioneller Flachkollektoren gedeckt. Die Projektkosten betragen 90 Mio. DM, die zwischen der BRD und Mexiko geteilt werden.

Im Laufe der 1980er und 1990er Jahre entstehen ähnliche Versuchs- und Demonstrationsdörfer auch in vielen anderen Ländern der Erde. Von einer ‚flächenbrandähnlichen’ Verbreitung kann aber nicht die Rede sein – und aus einer Vor-Ort-Perspektive kann man auch leicht erkennen warum. Zum einen stammen die Ideen zu diesen Solardörfern samt der in ihnen umgesetzten Technologie fast immer aus dem Ausland. Dadurch werden sie oftmals als fremd empfunden und lassen sich nur schwer im lokalen Selbstverständnis verankern.

Zum anderen leben die Eliten dieser Länder ausnahmslos in einem Reichtum, der alternative Energieformen als lächerlich und unnötig erscheinen läßt – während ihre Völker schließlich auch ohne diesen ‚ausländischen Krempel’ überleben... oder eben nicht. Aber daran würden dann auch ein paar Solarkollektoren kaum etwas ändern.

Vieles ändern könnten allerdings große Anlagen, die zur Versorgungssicherheit mit Elektrizität und solar entsalztem Wasser in signifikanten Quantitäten führen können. Wobei ich an entsprechender Stelle noch auf andere technologische Möglichkeiten hinweisen werde, wie man mittels nichtfossilen Energieformen die gewünschten Mengen Süßwasser ,herstellen’ kann.

Doch bevor wir uns diesen Hochtemperatur-Anlagen widmen, gibt es noch einen umfasenden Bereich der gleichzeitigen passiven und aktiven Solarnutzung im Niedertemperaturbereich – nämlich die Solararchitektur.

Weiter mit der Solararchitektur...