ACRInnovationsradar 2015

Aktuelle Technologietrends fr KMU

Umwelttechnik & er-neuerbare Energien

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3Inhalt1. Einleitung......................................................................................................................................... 52. Trends bei erneuerbarer Wrme .................................................................................................... 7

2.1. Bio-Brennstoffe ....................................................................................................................... 72.1.1 Gegenwart und Zukunft bei biogenen Energiequellen ................................................... 72.1.2 Projekt BioUpgrade ....................................................................................................... 112.1.3 Feinstaubemissionen und messung ............................................................................ 13

2.2. Solarthermie.......................................................................................................................... 162.2.1 Trends in der Solarthermie............................................................................................ 162.2.2 Zuknftige Anwendungen fr neue Wrmespeicher.................................................... 172.2.3 Thermisches Khlen ...................................................................................................... 202.2.4 Kopplung von Wrmepumpen und Solarthermie ......................................................... 21

2.3. Mobile Energieoptimierung .................................................................................................. 233. Trends in der Photovoltaik ............................................................................................................ 25

3.1. Gebudeintegrierte PV.......................................................................................................... 263.2. Materialien ............................................................................................................................ 283.3. Qualittssicherung................................................................................................................. 293.4. Monitoring-Systeme.............................................................................................................. 303.5. Eigenverbrauchserhhung .................................................................................................... 333.6. Hybridsysteme....................................................................................................................... 35

4. Literatur......................................................................................................................................... 37

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51. Einleitung

Stndig in ausreichendem Ma verfgbare Energie ist eine zentrale Grundlage entwickelter Volks-wirtschaften von der Warenproduktion ber private oder staatliche Dienstleistungen bis hin zur Ge-staltung individueller Lebensstandards. Um die dafr bentigten Energieressourcen bereitzustellen,werden nach wie vor berwiegend fossile Energietrger eingesetzt, was bei einem steigenden Ener-giebedarf von Haushalten und Industrie zunehmend negative Auswirkungen (vor allem ber die da-mit meist einhergehenden CO2-Emissionen) auf den globalen Klimawandel hat. Es ist daher dringendgeboten, den weiteren Anstieg von klimarelevanten Emissionen zu drosseln. sterreich ist in diesemBereich bereits unter den Technologiefhrern und die Strategie 2020 des Rats fr Forschung undTechnologieentwicklung regt dementsprechend an, die Themen Nachhaltigkeit, Umwelt und Energieals Schwerpunktthemen fr Forschung und Innovation zu forcieren.Das Schwerpunktfeld Umwelttechnik & erneuerbare Energien leistet hier mit den darin gebndeltenExpertisen der beteiligten ACR-Institute einen wertvollen Beitrag. Das vorliegende Innovationsradarprsentiert auf Basis der entsprechenden ACR-Kompetenzen detaillierte Informationen zu innovati-ven Technologien und deren Anwendung auch fr kleine und mittlere Unternehmen (KMU).Unterteilt wird das Innovationsradar in den Bereich der erneuerbaren Wrmegewinnung und in dasGebiet der Photovoltaik, einer Paradedisziplin bei der erneuerbaren Stromgewinnung. BesonderesAugenmerk wird vor allem auf zuknftige Entwicklungen und Trends gelegt.Das Kapitel der erneuerbaren Wrmebereitstellung beschftigt sich einerseits mit biogenen Brenn-stoffen und geht dabei auf den Herstellungsprozess, Versuche im Technikumsmastab sowie schluss-endlich die Emissionsentwicklung bei der Verbrennung und deren Messung ein. Ein zweiter Abschnittbeleuchtet andererseits neue zukunftstrchtige Anwendungsgebiete bei solarthermischen Systemen.Dabei wird der Fokus auf solar betriebene Khlsysteme und die Kopplung von Wrmepumpen mitsolarthermischen Anlagen gelegt, daneben werden auch aktuelle sterreichische Frdersystemeskizziert.Die Speicherung von Energie kann getrost als Schlsselthematik bei zuknftigen Energiekonzeptenbetrachtet werden. Das vorliegende Innovationsradar trgt diesem Umstand Rechnung, indem aktu-elle und neue thermische Speichertechnologien vorgestellt und mgliche zuknftige Anwendungsfel-der ausgelotet werden. Der erste Abschnitt endet mit allgemeinen Lsungsvorschlgen im Bereichder Energieeffizienz.Der zweite Abschnitt dieses Innovationsradars geht auf die elektrische Energiegewinnung durch pho-tovoltaische Systeme und vor allem auf fr den sterreichischen Wirtschaftraum wichtige Fragestel-lungen ein. In diesem Kapitel werden technische Mglichkeiten der Qualittssicherung von PV-Anlagen behandelt, dies kann sowohl ber die Vermessung von Einzelmodulen bei der Warenaus-gangskontrolle als auch durch das Energie-Monitoring von laufenden Systemen erfolgen. Neben dentechnischen Mglichkeiten bei der Gebudeintegration von PV-Modulen wird auch auf die zuknfti-

6gen Rahmenbedingungen zur Erhhung des Eigenverbrauchs von photovoltaisch erzeugter Energieeingegangen. Abschluss findet dieser Innovationsradar in der Darstellung von hybriden Systemen, diesowohl Wrme als auch Strom in effizienter Weise aus Solarenergie gewinnen.

72. Trends bei erneuerbarer Wrme2.1. Bio-Brennstoffe

2.1.1 Gegenwart und Zukunft bei biogenen Energiequellen

Die Suche nach nachhaltigen und erneuerbaren Energiequellen beschftigt die internationale F&E-Szene, Politik, Wirtschaft und Industrie in hohem Mae. Bio-Brennstoffe helfen, die aktuellen Klima-schutzziele zu erfllen, wobei der steigende Energiebedarf Fragen einer gleichmigen Versorgungaufwirft.Der Bereich der neuen Biomassepotenziale kann grundstzlich in land- und forstwirtschaftliche Ne-benprodukte (z.B. Stroh, Kleie, Trester, Sgespne) und den expliziten Anbau von Energiepflanzenunterteilt werden. Soll eine Biomassefraktion der energetischen Verwertung zugefhrt werden, istdie Wahl der passenden Technologie essentiell. Im Folgenden wird vor allem auf feste Biomasse ein-gegangen, die einer Verbrennung zugefhrt werden soll.Der Anbau von Energiepflanzen in Form von Energiegrsern und Energieholz steht im Fokus vielerinternationaler FEI-Aktivitten1. FEI steht fr Forschung, Entwicklung und Innovation.Unter Energiegras werden landwirtschaftlich angebaute Grser zur energetischen Nutzung verstan-den. In sterreich wird Miscanthus (Miscanthus giganteus, auch Chinaschilf oder Elefantengras) gro-es Potenzial zugeschrieben. Der hohe Heizwert, die gnstige CO2-Bilanz und die hohe jhrliche Er-tragsmenge zeichnen diese Energiepflanze aus. Informationsmaterial und Erfahrungsberichte werdenu.a. von den Landwirtschaftskammern bereitgestellt.Energieholz, schnell wachsende Bume oder Strucher, werden in Kurzumtriebsplantagen angebaut.Innerhalb kurzer Umtriebszeiten von drei bis zehn Jahren werden sie maschinell geerntet. Zuneh-mend werden lngere Umtriebszeiten z.B. fr Pappel bis zu 20 Jahre und die Ernte mit herkmmli-cher Forsttechnik in Betracht gezogen. In gemigten Klimazonen werden zu diesem Zweck vorwie-gend Pappeln oder Weiden eingesetzt, die sich neben ihrem schnellen Wachstum durch erneutenAustrieb abgeernteter Triebe auszeichnen. Nach zehn bis 20 Jahren ist die Plantage erschpft undmuss neu bepflanzt werden.Das Potenzial einer Pflanze als biogener Brennstoff wird durch viele Kriterien bestimmt, allen voranihre chemischen und physikalischen Eigenschaften. Bis zu einem gewissen Grad knnen diese auchdurch Veredelung positiv beeinflusst werden. Ob eine grundstzlich geeignete Biomassefraktion inweiterer Folge zu einer breiten Anwendung als Brennstoff kommen kann, hngt stark von ihrem Auf-kommen, ihrer saisonalen Verfgbarkeit, der Wirtschaftlichkeit ihres Transports und ihrer Lagerf-higkeit sowie der Mglichkeit, eine gleich bleibende Qualitt zu garantieren, ab. Fllt die Bewertungdieser Kriterien nicht ausreichend positiv aus, kann eine dezentrale Nischenlsung den richtigen Wegdarstellen.

8Technologische TrendsBiomasseverbrennungsanlagen mssen auf eine bestimmte Qualitt von Biomassebrennstoffen di-mensioniert werden. Dies bedeutet, dass der Brennstoff so homogen wie mglich der Feuerung zu-gefhrt werden muss, um einen reibungsfreien Betrieb gewhrleisten zu knnen. Zu den relevantenEigenschaften gehren der Feuchtegehalt und die Korngre, da sie u.a. den Heizwert sowie die Fr-der- und Lagerfhigkeit beeinflussen.Die folgende Abbildung 1 zeigt den Entscheidungsprozess, ob sich eine Biomassefraktion berhauptzur Energiegewinnung eignet.

Abbildung 1: Entscheidungsweg "Biomasse zur energetischen Nutzung"

Zu Beginn steht jeweils die detaillierte Charakterisierung des Rohstoffs. Im Anschluss kann durchunterschiedliche Aufbereitungsschritte eine Nutzbarmachung bzw. eine Veredelung der Biomasseerreicht werden.Dem konventionellen Pelletierverfahren mssen die Prozessschritte Zerkleinerung und Trocknungbzw. Konditionierung vorgelagert werden. Dies stellt Anlagenplaner vor die Frage, wie diese zustzli-chen Prozessschritte am energie- und kosteneffizientesten integriert werden knnen. Fr Pelletswer-ke in direkter Nachbarschaft zu Sgewerken ist diese Fragestellung eher von untergeordneter Bedeu-tung. Eine optimale, kaskadische Nutzung der Sgenebenprodukte wird jedoch vor allem bei Gro-produktionen (z.B. >100.000 t Jahresproduktion) immer problematischer, da eine permanente, un-terbrechungsfreie Produktion fr den wirtschaftlichen Erfolg unerlsslich ist.Eine vermehrt stattfindende Integration der Prozessschritte am Beginn des Verarbeitungsprozessesbietet ein Feld von neuen Optimierungsmglichkeiten in Bezug auf die Energieeffizienz des Gesamt-prozesses und die erzielbare Pelletsqualitt.

9Die derzeit verwendete Technologie zur Holzpelletsproduktion stammt aus unterschiedlichen Bran-chen (z.B. der Futtermittelproduktion). Sie waren ursprnglich nicht fr die Aufbereitung unter-schiedlichster, biogener Rohstoffe zu pelletierfhigem Material entwickelt worden. Vor allem in ver-gleichenden Untersuchungen der unterschiedlichen Trocknungs- und Zerkleinerungstechnologienund ihrer Eignung fr die unterschiedlichen Biomassen sowie deren Einfluss auf die Pelletsqualittliegt technisches Innovationspotenzial fr kooperative Forschung. Nicht nur Maschinen- oder Anla-genbauer knnen ihr Produktportfolio ergnzen oder erweitern, sondern auch die Planung neueroder Optimierung bestehender Anlagen wird an Bedeutung gewinnen.Unter Zusammenarbeit von drei ACR-Instituten wird ein europaweit fhrendes Biomassezentrumaufgebaut (siehe auch Kapitel 2.1.2). Dieses Zentrum bietet die Mglichkeit, unterschiedliche Tech-nologien direkt miteinander zu vergleichen und die optimale Kombination sowie mgliches Verbesse-rungspotenzial zu identifizieren.Torrefikation wird derzeit international als eine der wichtigsten Entwicklungen im Bereich fester Bi-omassebrennstoffe betrachtet. Die Grundzge des Prozesses an sich sind relativ leicht erklrt, dieGesamtheit der Reaktionen stellt jedoch, insbesondere im industriellen Mastab, eine Herausforde-rung dar. Holzartige und krautartige Biomasse besteht hauptschlich aus Wasser, Zellulose, Hemizel-lulose und Lignin. Im Torrefikationsprozess wird bei 200C bis 300C unter Sauerstoffausschluss zu-erst das gesamte vorhandene Wasser ausgetrieben, danach zersetzt sich die Hemizellulose und teil-weise auch das Lignin des Rohmaterials. Diese Prozesse fhren zur nderung der chemischen undphysikalischen Eigenschaften. Darber hinaus kommt es zu einem Masseverlust von ca. 70 Prozent,wobei 90 Prozent des Energieinhalts im Feststoff erhalten bleibt. Das Verfahren ist in der Lage, insbe-sondere biogene Reststoffe, wie z.B. Waldrestholz, Maisspindeln oder Zuckerrohrrckstnde aberauch Energiegrser zu einem relativ homogenen Brennstoff umzuwandeln. Die Vorteile im Vergleichzu herkmmlichen Holzpellets sind u.a. eine hohe Energiedichte, wasserabweisende Eigenschaftenoder geringere biologische Aktivitt. Das entstehende Produkt zielt vorwiegend auf den Einsatz alsKohlesubstitut ab.Die Umsetzung der sterreichischen Technologie, des ACB-Prozesses (accelerated carbonisation bio-mass), findet in der Steiermark statt. Auf einem hnlichen Entwicklungsstand stehen vergleichbareForschungsgruppen in Skandinavien, Frankreich und Belgien. Groe Energieversorger haben sichbereits die ersten Kontingente torrefizierten Materials gesichert. Die gesamte verfgbare Produkt-menge wird problemlos Absatz finden, ganz gleich, welches der Entwicklungsteams letztendlich denWettlauf um die wirtschaftlichste industrielle Anlage gewinnen wird.Das Rohstoffportfolio zur Energieversorgung muss zuknftig signifikant erweitert werden, um dieambitionierten Schlsselziele des Europischen Rats im Bereich der festen Biomasse zu erreichen.Das Ziel der Forschungsarbeiten liegt in der Entwicklung von Mischpellets aus verschiedenen Aus-gangsmaterialien, die sich analog zu den hohen Qualittsstandards fr Holzpellets (z.B. ENplus, DIN-plus, NORM M 7135) an eigenen gerade entwickelten Standards orientieren (z.B. EN 14961-6,NORM C 4000 oder NORM C 4002).Die Vorteile dieser Neuentwicklung bestehen vor allem in der Sicherstellung der ntigen Ressourcen.Ein wichtiger Aspekt, der im Rahmen des gesamten Entwicklungsprozesses einbezogen werden muss,ist die Vermeidung einer Konkurrenzsituation zur Nahrungs- bzw. Futtermittelproduktion.

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Grundstzlich kann davon ausgegangen werden, dass alternative Biomassefraktionen im Vergleich zuHolz schlechtere Verbrennungseigenschaften besitzen. Zu den besonders kritischen Parametern zh-len das Ascheschmelzverhalten, die Stickoxid- (NOx) und Staubemissionen sowie die korrosiven Ei-genschaften, die durch einen hohen Chlorgehalt verursacht werden. Zur Entwicklung eines standardi-sierten Brennstoffes zielt die Forschung darauf ab, die kritischen Parameter der zuknftigen Misch-pellets zu optimieren. Beim Ascheschmelzverhalten wurden gute Ergebnisse durch die Beimengungdes Additivs Kalk erzielt, wodurch der Ascheerweichungspunkt bis auf ein holzhnliches Niveau an-gehoben werden kann.Zur Reduktion der NOx-Emissionen knnen unterschiedliche Strategien gewhlt werden. Bei mittle-ren und groen Biomassefeuerungen knnen durch hoch entwickelte VerbrennungssteuerungenVerbesserungen erzielt werden. Fr kleinere Anlagen mssen Mglichkeiten zur Reduktion des Stick-stoffgehalts im Brennstoff durch spezielle Vorbehandlung des Rohstoffs gefunden werden. Hier wirdz.B. der Einsatz von bestimmten Enzymen analysiert, die den brennstoffseitigen Stickstoff eliminie-ren.Die Staubemissionen stellen besonders bei Kleinanlagen einen heftig diskutierten Punkt dar. Die inDeutschland bereits gesetzlich verankerte, wiederkehrende Messung der Staubemissionen vonKleinanlagen gibt die Forschungsrichtung vor. Neben der Entwicklung von Messtechnik ist die Ent-wicklung besonders emissionsarmer Feuerungen und Sekundrmanahmen wie z.B. Staubfilter frKleinanlagen notwendig. Weitere Informationen zu Feinstaubemissionen und deren Messung findensich auch in Abschnitt 2.1.3 dieses Innovationsradars.Durch die unterschiedlichen Optimierungsmanahmen bei den Produkteigenschaften sowie denVerbrennungsparametern kann ein signifikanter Beitrag zur Erfllung der europaweiten Ziele zurnachhaltigen Energieversorgung bei gleichzeitig geringen Schadstoffemissionen geleistet werden.KMU, die im Zuge ihrer Produktion pelletierfhige Nebenprodukte zur Verfgung haben, knnendurch den Einsatz geeigneter Blends eine zustzliche Einkommensquelle erreichen. Insbesondere imKundensegment der privaten Haushalte kann durch optimierte Pellets ein Wettbewerbsvorteil ent-stehen, da auch zuknftig eingefhrte Vorschriften oder strengere Grenzwerte eingehalten werdenknnen.Pelletsanlagen entsprechen einerseits in hohem Mae dem Bedarf nach einer automatisierten Hei-zung und stellen eine komfortable Mglichkeit dar, im Niedrigstenergie- und Passivhaus den vorhan-denen Restwrmebedarf zu decken. Andererseits sind herkmmliche Pelletskessel hinsichtlich ihrerLeistung fr die niedrige, bentigte Heizlast oftmals berdimensioniert. Dies fhrt zu verstrktemTeillastbetrieb und verursacht bei geringerer Effizienz hhere Emissionen sowie zahlreiche Problemebeim Betrieb (z.B. erhhter Wartungsaufwand). Analysen am Markt erhltlicher Systeme haben we-sentliches Optimierungspotenzial ergeben.Zielsetzung der aktuellen Entwicklungen sind Kleinstbrenner (6 kW), die sowohl bei Nennlast als auchbei Teillast (30 Prozent) strengen Emissions- und Wirkungsgradvorgaben sowie Vorgaben an denHilfsenergieverbrauch entsprechen.Die wesentlichen Innovationen, die zur Erreichung der hoch gesteckten Ziele gefhrt haben, beziehensich insbesondere auf die Brennkammer, den Brennteller bzw. Rost und auf die Brennstoffzufuhr.

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Den Endkunden stehen nun automatische Pellets-Zimmerheizgerte zur Verfgung, die sowohl ko-logisch als auch hinsichtlich ihrer Investitionskosten eine echte Alternative darstellen.Die Frage nach den Umweltauswirkungen eines Produktes bzw. einer Technologie spielt eine wichti-ge Rolle fr die nachhaltige Sicherung des soziokonomischen Fortschritts und allgemeinen Lebens-standards. Aufstrebende Branchen mit Wachstumspotenzialen sind von dieser Fragestellung beson-ders betroffen. Die Wertschpfungskette rund um die Energiebereitstellung aus fester Biomassegehrt dazu. Nicht zuletzt, da auch zuknftig alternative Energiebereitstellung intensiv ausgebautwerden muss, um den steigenden Energiebedarf decken zu knnen. Eine wesentliche Kenngre zurBewertung der Klimarelevanz stellt der Product Carbon Footprint dar. Er ist ein Ma fr die treib-hausrelevanten Emissionen, die ber den gesamten Lebenszyklus eines Produktes entstehen.Obwohl das Rohmaterial Holz bzw. andere biogene Rohstoffe an sich klimaneutral sind, sind die Pro-duktionsschritte entlang seiner Wertschpfungskette und die Nutzungsphase vielfach mit Materialund Energieeinsatz verbunden und haben somit einen nicht unwesentlichen Einfluss auf unser Klima.Speziell im Gebudeverband werden bereits jetzt Deklarationen zu den kologischen Auswirkungenjeder eingebauten Komponente verlangt, in Bezug auf den CO2-Rucksack gehen die Bestrebungeninternational in die gleiche Richtung. Bei der Umsetzung gibt es allerdings national unterschiedlicheStrategien. Diese reichen von einer bloen Information fr Planer bis hin zu einem Zertifikat, das denKonsumentInnen als Vergleichsbasis innerhalb einer Produktgruppe dienen soll.In naher Zukunft wird sich jedes Unternehmen mit seinen Umweltauswirkungen bzw. den Umwelt-auswirkungen seiner Produkte auseinander setzen mssen. Die ernsthafte Beschftigung mit dieserThematik hat auch Vorteile, da Optimierungsmanahmen zumeist mit Einsparungen im BereichEnergie, Material oder Verwertung von Produktionsrckstnden einhergehen.

2.1.2 Projekt BioUpgrade

Abbildung 2: Ttigkeitsspektrum des Forschungsverbundes BioUp

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Neben der kologisch notwendigen und politisch verbindlichen Reduktion von Treibhausgasen spre-chen vor allem eine Erhhung der Versorgungssicherheit sowie eine gesteigerte heimische Wert-schpfung fr den Ausbau von Biomasse als Energietrger. Biomasse wird aber auch als Rohstoff frdie stoffliche Verwertung wie etwa fr die Herstellung von Holzwerkstoffen immer wichtiger.Darber hinaus gibt es eine globale Diskussion ber die Flchenkonkurrenz zwischen Lebensmittel-,Rohstoff- und Energieerzeugung.Um komplexe Fragestellungen in diesem brisanten Kontext professionell zu bearbeiten, haben sichdrei Mitglieder der Austrian Cooperative Research (ACR) zum Forschungsverbund BioUp2 zusammen-geschlossen. Neben der Holzforschung Austria (HFA) sind auch das OFI und der sterreichische Ka-chelofenverband (KOV) an diesem Projekt beteiligt.Ziel ist die Erforschung von Biomasse-Rohstoffen und deren Umwandlung zu Produkten und Halbfer-tigprodukten fr die energetische und stoffliche Nutzung. Kernstck ist dabei das Biomasse-Technikum3, das im Frhjahr 2013 nach dreijhriger Planungs- und Bauphase erffnet wurde. DasTechnikum bietet einzigartige Mglichkeiten fr die Erforschung und Entwicklung von Produkten undProzessen auf Grundlage von Biomasse-Rohstoffen.Die Einfhrung des Technikumsmastabs mit ca. 150 kg Produktdurchsatz pro Stunde ermglicht es,industrienahe Produkt- und Prozessentwicklung zu betreiben. Soll etwa ein Mischpellet aus Holz undeinem landwirtschaftlichen Nebenprodukt entwickelt werden, so ermglicht das Technikum die Ana-lyse und Optimierung des gesamten Herstellungsprozesses einschlielich Rohstoffzerkleinerung,Strstoffabscheidung, Trocknung, Mischung und Pelletierung. Der Technikumsmastab stellt einenentscheidenden Vorteil gegenber Laborversuchen dar, da sich die Ergebnisse wesentlich leichter aufden industriellen Mastab bertragen lassen.Dies ist vor allem fr Klein- und Mittelbetriebe, die keine eigene Entwicklung betreiben knnen, vonunschtzbarem Wert. Durch robuste Zerkleinerungstechnologien, die vorliegende Strstoffabschei-dung und den Bandtrockner knnen auch schwierige Materialien (z.B. nasse Abfallfraktionen) bear-beitet und damit dem F&E-Prozess zugnglich gemacht werden. Ebenso knnen Wasch- und Extrak-tionsverfahren realisiert werden, denen eine immer grere Bedeutung zukommt.Die Entwicklung und Ausstattung des Maschinenparks im neuen Technikum folgte dem Grundsatz,die Fragestellungen der KMU mit mglichst hoher Flexibilitt bearbeiten zu knnen. Alle Maschinensind daher auf breite Einsatzfhigkeit ausgelegt. Die Firma Andritz hat eigens fr das Technikum ei-nen Bandtrockner entwickelt und gebaut, der im Aufbau einem industriellen Trockner inklusive Re-zirkulation und Kondensation der Trocknungsluft entspricht. Die Zerkleinerung der Rohstoffe erfolgtje nach Bedarf mittels 4-Wellenzerkleinerer, Kollermhle oder Hammermhle, die sowohl fr nassenals auch trockenen Betrieb geeignet sind. Nach der Befeuchtung und Reifung in einer Konditionier-station kann das Material mit Pelletspressen verschiedener Bauart (Flach- und Ringmatrizenpresse)sowie einer Brikettpresse kompaktiert werden.Alle Aggregate des Technikums knnen aufgrund flexibel einsetzbarer Frdertechnik in beliebigerWeise miteinander kombiniert werden. Daneben knnen verschiedene homogene Rohstoffmischun-gen unter feindosierter Zugabe von Additiven erzeugt werden, um fr spezielle Aufgabenstellungenoptimierte Produkte herzustellen. Eine auf den Forschungsbetrieb abgestimmte Anlagensteuerungermglicht eine variable Ansteuerung der Maschinen und eine umfassende Datenauswertung fr alle

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Prozesse. Fr die Analyse der neuartigen Biobrennstoffe steht auch eine Messeinrichtung fr Stau-bemissionen zur Verfgung.Zielgruppen des Biomassezentrums sind sowohl Anlagenhersteller als auch Unternehmen, bei denenBiomasse zur Verwertung anfllt, wie z.B. Unternehmen der Wertschpfungskette Holz, Landwirt-schaftsbetriebe, Lebensmittelverarbeiter und alle anderen Stakeholder aus dem Biomassebereich.Der Forschungsverbund befasst sich intensiv mit der kaskadischen Nutzung von Biomasse. Daherwerden mgliche stoffliche Nutzungskonzepte fr Biomasse energetischen Konzepten ergebnisoffengegenbergestellt, damit optimale Verwertungslsungen fr einen bestimmten Ausgangsstoff defi-niert werden knnen.Der Forschungsverbund BioUp hat sich zum Ziel gesetzt, langfristige Partnerschaften mit der Indust-rie und KMU einzugehen, um die optimierte Nutzung von Biomasse voranzutreiben. Ein Hauptfokusder Aktivitten liegt auf der Mobilisierung bisher ungenutzter Ressourcen und den damit verbunde-nen Mglichkeiten fr die Wirtschaft.

2.1.3 Feinstaubemissionen und messung

RahmenbedingungenGasfrmige sowie Feinstaub- bzw. Partikelemissionen sind wegen ihrer potenziellen Auswirkungenauf die Gesundheit im Fokus des ffentlichen Interesses. Dies spiegelt sich zum Beispiel darin wider,dass es in der Europischen Union fr alle Lnder verpflichtend ist, neben Ozon regelmig und fl-chendeckend auch Feinstaubemissionen zu messen4. Diese Messpflicht gilt fr alle Partikel mit einemDurchmesser von weniger als 10 m, also kleiner einem Hundertstel Millimeter. Das ist weniger alsdie Dicke eines dnnen Menschenhaars. Diese kleinen Partikel erregen deshalb so viel Aufmerksam-keit, da sie eingeatmet werden knnen. Je kleiner sie sind, desto tiefer knnen sie in den menschli-chen Krper eindringen. Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 m knnen sogar bis indie Lunge gelangen.Daher gibt es seit einiger Zeit in vielen Bereichen Vorschriften fr den Aussto solcher kleinen Parti-kel. Dies gilt sowohl fr den Verkehr, als auch fr die Industrie, die Landwirtschaft und auch fr Heiz-gerte. sterreich hat fr Raumheizgerte bereits seit einigen Jahren strenge gesetzliche Vorschrif-ten, die den Aussto von Feinstaubpartikeln stark limitieren. Diese Vorschriften der Vereinbarunggem Artikel 15a Bundes-Verfassungs-Gesetz (B-VG) ber das Inverkehrbringen von Kleinfeuerun-gen und die berprfung von Feuerungsanlagen und Blockheizkraftwerken werden zu Jahresbeginn2015 weiter verschrft. Dies betrifft einerseits die Anforderungen an die Energieeffizienz. So wird derzulssige Mindestwirkungsgrad von 78 auf 80 Prozent angehoben. Andererseits werden die Grenz-werte fr den organisch gebundenen Kohlenstoff von 80 auf 50 mg/MJ und fr den Staub von60 auf 35 mg/MJ deutlich verschrft. Parallel dazu kommt es zu einer Verschrfung der Anforderun-gen in Deutschland, wo die sehr anspruchsvollen Grenzwerte fr Kohlenmonoxid von 1,25 g/m so-wie fr Staub von 0,04 g/m in Kraft treten.

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Abbildung 3: Moderner Kachelofen (Quelle: sterreichischer Kachelofenverband/Sommerhuber)

Auf europischer Ebene gibt es bereits weitgehend fertig gestellte Entwrfe zu einer kodesignricht-linie fr Raumheizgerte. Bekannt sind kodesignrichtlinien zum Beispiel aus dem Bereich von Khl-schrnken oder Glhbirnen. Sie regeln unter anderem die Energiekennzeichnung (das Labelling) die-ser Produkte in Klassen meist von A+++ bis G. Im Rahmen der Richtlinie fr Raumheizgerte wird esknftig Europa weit sehr strenge Anforderungen an die Energieeffizienz (saisonale Nutzungsgrade)und an die Verbrennungsqualitt geben. Dabei werden neben Kohlenmonoxid (CO), Stickoxiden(NOx) und Organisch Gebundenem Kohlenstoff (OGC) vor allem auch Feinstaubemissionen strenglimitiert. Die Regelung soll mit Jnner 2022 in Kraft treten. Die dann geltenden Grenzwerte werdensich an den ab 2015 in Deutschland und sterreich festgeschriebenen Anforderungen orientieren,d.h. ab 2022 wird in ganz Europa der Standard eingefhrt werden, der heute im deutschsprachigenRaum bereits vorhanden ist. Diese Aussicht stellt eine interessante Exportchance fr die heimischenKMU dar, da dieser technologische Standard heute noch keineswegs in allen europischen Lndernverankert ist.

MesstechnikMit dem derzeit gltigen Messverfahren werden die Staubemissionen in einem vorgegebenen Inter-vall in mit Glaswolle gestopften Staubhlsen oder -filtern aufgefangen und anschlieend ausgewer-tet. Letztendlich kann die Staubkonzentration ber den gesamten Abbrand bestimmt werden. Eskann aber nicht bewertet werden, wann es zu Emissionsspitzen kommt. Damit knnen nur sehrschwer Manahmen zur Verringerung der Feinstaubemissionen gesetzt werden.Die Versuchs- und Forschungsanstalt der Hafner (VFH) des sterreichischen Kachelofenverbandesforscht gegenwrtig an einer Methode, die es ermglichen soll, die Feinstaubemissionen bei Raum-heizgerten kontinuierlich zu messen. Damit soll es knftig vor allem auch fr die Wirtschaft mglich

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sein, bereits in der Produktentwicklung gezielt Manahmen zu setzen, die zu mglichst geringenEmissionen fhren.Der Forschungsansatz geht davon aus, dass die gasfrmigen Emissionen von OGC (Organisch Gebun-dener Kohlenstoff) und Feinstaub in einer direkten Beziehung stehen. D.h. steigt der Aussto vonOGC, werden sich in einem bestimmten Verhltnis die Feinstaubemissionen ebenfalls erhhen. Diekontinuierliche Messung der Emissionen von OGC mittels Flammenionisationsdetektor ist seit vielenJahren erfolgreich etabliert. Die Schwierigkeit ist, das genaue Verhltnis zu ermitteln.Zur Untermauerung dieses Ansatzes verfgt die VFH ber ein Messgert (siehe Abbildung 4), daszeitlich begrenzt die Feinstaubemissionen kontinuierlich messen und anzeigen kann. Dieses Gertentnimmt ber eine Entnahmesonde das Rauchgas direkt aus dem Abgasstrom. Ein Rotationsver-dnner vermischt das Rohgas mit Umgebungsluft. Um eine Kondensation whrend der Messung zuverhindern, ist die Messsonde mit einem Heizelement ausgestattet. Der Verlauf der Ergebnisse kannwhrend der maximal halbstndigen Messung direkt in einer Grafik abgelesen werden. Auerdemknnen die Daten problemlos auf den Computer bertragen und dort weiter verarbeitet werden.

Abbildung 4: Messgert zur Bestimmung der Feinstaubemissionen

Nach Abschluss der Forschungsarbeiten wird den KMU der sterreichischen Ofenbranche eine Me-thode zur Verfgung stehen, die ihre heute vorhandene technologische Fhrerschaft durch die wei-tere Optimierung der Feinstaubemissionen auch fr die Zukunft sicherstellt.

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2.2. Solarthermie2.2.1 Trends in der Solarthermie

Eine steigende Weltbevlkerung, Industrialisierung von Schwellenlndern und weltweit steigendeMobilittsanforderungen werden den weltweiten Energiebedarf stark ansteigen lassen, der nur ingeringem Ausma durch Effizienzmanahmen gedmpft werden kann. Erneuerbare Energietechno-logien werden dabei in den nchsten Jahrzehnten einen deutlich steigenden Anteil am Energiemixaufweisen, wie zahlreiche Studien5, 6 belegen.Thermische Energie macht einen wesentlichen Anteil des gesamten weltweiten Energiebedarfs aus.Allein der Gebudesektor verbraucht 35,3 Prozent, von denen 75 Prozent auf die Bereiche Raumhei-zung und Brauchwassererwrmung fallen. Neben dem Gebudebereich besteht ein betrchtlicherVerbrauch thermischer Energie auch bei industriellen Prozessen und wrmeintensiven Dienstleistun-gen.Obwohl Effizienzmanahmen den weltweit steigenden Verbrauch nur abschwchen werden knnen,schaffen diese die notwendigen Voraussetzungen fr eine zunehmende Deckung des thermischenEnergiebedarfs auf Basis erneuerbarer Energietrger. So werden die knappen fossilen Ressourcenfrei, um sie in Bereichen einzusetzen, in denen sie weniger leicht zu substituieren sind. Es ist dabei zubemerken, dass schon aktuell die solarthermische Energiebereitstellung in den meisten Fllen weitvor anderen (elektrischen) erneuerbaren Technologien liegt (Abbildung 5).

Abbildung 5: Weltweite Gesamtleistung / Energie bei erneuerbaren Energietechnologien7

Die Innovationen im Bereich der solarthermischen Energienutzung betreffen einerseits die Neu- undWeiterentwicklung von Komponenten aber auch die Erschlieung von neuen Anwendungsgebieten.In diesem Innovationsradar wird dabei speziell auf die mit hohem Innovations- und Zukunftspotenzialbetrachteten Einsatzgebiete des solarthermisch untersttzten Khlens und in der vermehrt durch-gefhrten Kopplung von konventioneller Wrmepumpentechnik mit solarthermischen Anlagen ein-

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gegangen. Gerade erneuerbare Energiequellen treten meist fluktuierend auf, daher muss der Wr-mespeicherung besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. In diesem Fachgebiet werden aktuellviele neue Forschungsfragen aufgeworfen. Vor allem wird die Entwicklung von neuen Speichertech-nologien intensiv diskutiert, die eine langfristige Speicherung von thermischer Energie mit geringenVerlusten ermglicht.Abschluss findet dieses Kapitel in der Darstellung von Messmglichkeiten fr Stoff- und Energiestr-me, um Effizienzsteigerung und -optimierung im betrieblichen Umfeld zu erzielen.

2.2.2 Zuknftige Anwendungen fr neue Wrmespeicher

Sowohl thermische als auch elektrische Energiespeicher werden bei der knftigen Energieversorgungeine herausragende strategische Bedeutung haben. Allerdings fehlt es bisher an wirtschaftlichenTechniken, um fluktuierende Angebote aus erneuerbaren Energien direkt in einem Medium zu spei-chern. Aktuell wird jedoch an unterschiedlichen neuen Speichertechnologien geforscht, die mittel-fristig neue Anwendungen erwarten lassen. Dadurch ergeben sich auch erweiterte Bettigungsfelderfr KMU in einem stetig wachsenden Marktsegment.Die optimale Verwendung von Wrme in solarthermischen Anlagen fr die ganzjhrige Bereitstellungvon Warmwasser und Raumwrme oder die verbesserte Abwrmenutzung ist eng verbunden mit derEntwicklung von kompakten Langzeit-Wrmespeichern. Die Mglichkeit, Wrme in verschiedenenTemperaturbereichen ber gewisse Zeitrume (Stunden bis Monate) zu speichern, ist eine Schlssel-technologie fr verschiedene Energieversorgungsmethoden.Neue, effiziente und verlustarme Speichertechnologien machen auch neue Anwendungen, wiez.B. thermische Speicher in Nutzfahrzeugen oder bei PKW, mglich. So werden vermutlich auch reinelektrisch betriebene Fahrzeuge zuknftig einen Wrmespeicher zur Kabinenheizung und zur Entei-sung der Frontscheibe beinhalten.Die Entwicklung neuer Speichertechnologien steht fr bestimmte Einsatzzwecke erst am Anfang.Grundlagenforschung, angewandte Forschung und Demonstrationsprojekte sind fr die Entwicklungdieser Speicheranwendungen notwendig. Der aktuelle Status bei neuen Speichertechnologien wird ineinem internationalen Arbeitskreis diskutiert8, wo das ACR-Mitglied ASiC die Rolle sterreichs ver-tritt.Sensible thermische SpeicherBei dieser Art der Speicherung wird ein Speichermedium erhitzt oder abgekhlt. In den meisten Fl-len wird Wasser eingesetzt, da es eine hohe spezifische Wrmekapazitt besitzt und sehr kosten-gnstig ist. Kleinere Speicher werden als Pufferspeicher in thermischen Solaranlagen (Warmwasser-bereitung) fr eine Speicherung ber Tage oder Wochen eingesetzt. Groe Wasserspeicher (bis zumehreren tausend m3) werden zur saisonalen Speicherung solarer Wrme zum Heizen im Gebu-debereich meist in Verbindung mit einem Nahwrmenetz gebaut. Mit groen saisonalen Wrmespei-chern kann in Deutschland etwa die Hlfte des Gesamtwrmebedarfs von greren Gebudeeinhei-ten solar gedeckt werden.

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Wrme und Klte wird auch im Erdreich gespeichert. Hier kann beispielsweise thermische Energiemit einem Temperaturniveau von ca. 10 C im Winter von einer Wrmepumpe genutzt und im Som-mer direkt zur Gebudekhlung eingesetzt werden.In solarthermischen Kraftwerken werden Salzspeicher oder andere Hochtemperaturspeicher zurKurzzeitspeicherung (Tageszyklus) in groem Mastab eingesetzt.LatentwrmespeicherPCM-Speicher (Phase Change Materials) oder Latentwrmespeicher nutzen den Phasenwechsel desSpeichermediums meist fest zu flssig zur Energiespeicherung. Dadurch kann in einem kleinenTemperaturintervall (um den Phasenwechsel) deutlich mehr thermische Energie gespeichert werdenals z.B. bei sensibler Speicherung. Dies ist vor allem bei der Kltespeicherung von Vorteil. In die Ge-budestruktur integrierte PCM knnen z.B. mit Schmelztemperaturen um 25 C die Raumtemperaturbei komfortablen Werten halten: Bei Umgebungstemperaturen ber 25 C nehmen diese Materialiendie berschssige Energie auf und schtzen so vor berhitzung, bei niedriger Umgebungstemperaturgeben sie die gespeicherte Energie wieder ab. Obwohl diese Form der Wohnraumkonditionierungfunktional gesehen keine Speicheranwendung darstellt (keine steuerbare Be- und Entladung) ist sieein wichtiges Einsatzgebiet der PCM-Materialien.Thermochemische SpeicherprozesseZur Speicherung thermischer Energie knnen reversible chemische Reaktionen oder Sorptionsreakti-onen genutzt werden. Es wird dadurch ein chemisches Potential unabhngig von der tatschlichenTemperatur des Speichermaterials zur Speicherung von Energie verwendet. Solche Systeme verfgenpotentiell ber sehr hohe Energiespeicherdichten, die im Idealfall bis zum Faktor 10 hher liegen alsdie in Wasser speicherbaren Energiemengen. Die meisten thermochemischen Speicherkonzepte be-finden sich jedoch erst im Stadium der Grundlagenforschung.Am weitesten entwickelt sind bislang Ad- und Absorptionsprozesse. Hierbei wird in der Regel Was-serdampf an festen, mikroporsen Adsorbentien (z.B. Zeolith oder Silicagel) oder an wssrigen Salz-lsungen (z.B. Lithiumchlorid) sorbiert. Dabei wird Wrme freigesetzt. Zum Laden des Speichers mussdurch Wrme der Wasserdampf wieder desorbiert werden.Offene Sorptionsspeicher werden fr ihren Einsatz bei der Nutzung industrieller Abwrme unter-sucht. Vor allem im Bereich industrieller Trocknungsprozesse knnen hier effiziente und wirtschaft-lich interessante Systeme entstehen. Neben der Speicherung bieten offene Sorptionsspeicher auchdie Mglichkeit, Wrme in Klte zu transformieren, was z.B. fr die solare Gebudeklimatisierunggenutzt wird. Die fr Sorptionsreaktionen ntigen Regenerations- und Nutzungstemperaturen liegentypischerweise im Bereich von 20 C bis 150 C.Technologische Trends bei sensiblen SpeichernGrospeicher (Wasserspeicher) spielen in Wrmenetzen auch in sterreich eine zunehmend wichti-gere Rolle (Linz, Wels, Wien, Thei). Neben der reinen Bevorratung von Wrme machen sie neueBetriebskonzepte fr Kraftwerke mglich (Stichwort: wrmebedarfsgesteuerter Betrieb). Die Ent-wicklung von flexiblen Planungskonzepten sollte es mglich machen, die Speicherkonzepte in Zukunftleichter an die geologischen Anforderungen anpassen zu knnen (Kiesspeicher, Aquiferspeicher,

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Bohrlochspeicher etc.). Verbesserte Dmmungen und Schichtungseinrichtungen haben das Ziel, denwirtschaftlichen Betrieb der groen Speicher ohne zustzliche Wrmepumpe zu ermglichen. Damitist eine weitere Verbreitung, auch zur Bevorratung von Solarwrme in Siedlungen, mglich.Bei Kraft-Wrme-Kltekopplungsanlagen ermglichen Wrmespeicher einen stromgefhrten(ev. Energieversorgungsunternehmen-gesteuerten) Betrieb. Dies knnen sowohl neue, kompakteSpeichertechnologien aber prinzipiell auch konventionelle Wrmespeicher sein. Die Ausfhrunghngt hauptschlich von wirtschaftlichen Randbedingungen ab. Verbesserung von Dmmungen beikleineren Wasserspeichern (bis ca. 1.000 Liter) oder neue Konstruktionskonzepte (Doppelwand-Vakuum) helfen, die thermischen Verluste zu reduzieren.Solarthermische Kraftwerke nutzen eutektische Mischungen von Salzschmelzen, um Wrme im Tem-peraturbereich von 200 C bis 400 C zu speichern. Diese Schmelzen weisen den niedrigsten mgli-chen Schmelzpunkt auf. Neue Materialentwicklungen werden diese Salze auch im Bereich niedrigererTemperaturen (100 C bis 200 C) verwendbar machen.Technologische Trends bei Phasenwechselspeichern (PCM)PCM stehen mit verschiedenen Schmelztemperaturen zur Verfgung. Momentan wird verstrkt anneuen Materialien mit hohen Speicherkapazitten und gnstigen konomischen Randbedingungengeforscht (Zuckeralkohole, Salzhydrate). Prinzipiell sind auch Stoffe (Kunststoffe) denkbar, die durchRekristallisation in festem Zustand Wrme aufnehmen und freisetzten. Daneben wird angestrebt,kleine gekapselte PCM-Kugeln in einer Flssigkeit pumpbar zu machen. Seitens der Anwendung wer-den PCM hauptschlich fr die Stabilisierung thermischer Zustnde (z.B. Raumtemperatur, Krper-temperatur, berhitzungsschutz) verwendet. Neue Materialien machen in Zukunft jedoch auch neueAnwendungen mglich.Technologische Trends bei Thermochemischen Speicher-TechnologienEinige laufende Projekte beschftigen sich in sterreich mit der Nutzung von thermochemischenProzessen. Dafr mssen Anwendungen mit den passenden Randbedingungen gefunden werden unddie entsprechenden Apparate (Speicher, Wrmereaktor, Wrmetauscher) entwickelt werden. In La-bor-Prototypen ist es bisher gelungen, etwa die zwei- bis dreifache Speicherdichte von Wasserspei-chern zu erreichen.Da in diese Technologie langfristig die grten Erwartungen gesetzt werden, finden Forschungsent-wicklungen in mehreren Richtungen statt: industrielle Abwrmespeicherung und -verteilung saisonale Speicher mobile Speicher in Fahrzeugen.Ziel der Forschungsaktivitten ist es, bis 2020 etwa die fnffache Speicherdichte von Wasser im klei-nen Mastab nutzbar zu machen.

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2.2.3 Thermisches Khlen

Abbildung 6: Prinzipskizze solarthermisches Khlen

Was auf den ersten Blick unvereinbar klingt, zeigt in der Praxis erhebliches Potenzial. Das solarther-mische Khlen ist eine Mglichkeit, einen Teil des Energiebedarfs zur Gebudekhlung mit Hilfe vonSonnenenergie abzudecken.Die Idee von solarem Khlen existiert schon seit vielen Jahren: Hohe Solarstrahlung bewirkt bei Ge-buden einen groen Khlbedarf aber auch durch die Strahlung ein groes Angebot an An-triebsenergie fr die Klimatisierung. Doch was sich auf den ersten Blick als ideale technische Lsungprsentiert, zeigt bei genauerer Betrachtung noch einige Herausforderungen, die gelst werden ms-sen. Dazu gehren unter anderem die noch deutlich hheren Investitions- und Wartungskosten sol-cher Anlagen, wodurch gekoppelt mit den niedrigen Preisen fr elektrische Energie eine wirtschaftli-che Umsetzung dieser Projekte erschwert ist. Aktuell sind in Europa deshalb nur etwa 1.000 De-monstrationsanlagen installiert worden.Technologisch werden folgende Anlagen eingesetzt:Absorptions- und Adsorptionsklteanlagen funktionieren im Wesentlichen wie eine herkmmlicheKltemaschine. Durch die Verdichtung und Entspannung eines Kltemittels kann Wrmeenergie auf-genommen und an anderer Stelle wieder abgegeben werden. Beide gemeinsam besitzen die Fhig-keit, die fr die Funktion notwendige Verdichtung des Kltemittels nicht durch einen elektrisch be-triebenen Kompressor zu erreichen, sondern hierfr thermische Energie (z.B. aus einer solarthermi-schen Anlage) zu nutzen.DEC-Anlagen (desiccant cooling) sind als offene Systeme konzipiert, die durch eine geschickte Kom-bination von Wrmetauschern sowie Be- und Entfeuchtungseinrichtungen die Zuluft so vorkonditio-nieren knnen, dass damit eine Klimatisierung mglich ist. Hier wird die Wrmeenergie aus einersolarthermischen Anlage dazu verwendet, die sorptive Entfeuchtungseinrichtung wieder zu regene-rieren.Technologische TrendsDie Technologie der solarthermischen Khlung hat durch die installierten Demonstrationsanlagenbewiesen, dass signifikante Energieeinsparungen mglich sind. Gleichzeitig hat man auch erkannt,dass viele Firmen mit den im Vergleich zur Kompressionsklte komplexeren hydraulischen und rege-

thermischangetriebenerKhlprozessWrme klimatisierte

Luft

Kaltwasser

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lungstechnischen Anforderungen berfordert sind. In den letzten Jahren haben die ACR-Institutezahlreiche Projekte abgewickelt, um die Qualitt und Effizienz von Khlanlagen zu erhhen. Die Her-ausforderungen fr die nchsten Jahre stellen sich wie folgt dar:

Aufbau von Qualittssicherungsmanahmen zur Vermeidung von Fehlern in Installation undRegelung sowie Sicherstellung der optimalen Betriebsweise.

Aus- und Weiterbildung von Fachpersonal sowie Verbreitung von Know-how: Die Installation,die Planung oder der hydraulische Abgleich erfordern einen hheren Planungsaufwand alsder Einbau von elektrisch betriebenen Kltemaschinen. Fachfirmen fr diese Ttigkeiten sindmomentan noch gering an der Zahl.

Schrittweise Verminderung von Aufwand und Kosten fr die Errichtung derartiger Systemedurch Standardisierung, um eine bessere Ausgangsbasis fr den wirtschaftlichen Vergleichmit konventionellen Systemen zu schaffen.

Etablierung von potentiellen Mrkten, damit die Hersteller ihre Produktion auf grereStckzahlen auslegen und somit die Herstellungskosten vermindert werden knnen.

2.2.4 Kopplung von Wrmepumpen und Solarthermie

Abbildung 7: Kombination von Wrmepumpe und Solarthermie9

Wrmepumpen- und Solarthermieanlagen sind in sterreich bereits gut etablierte Energiegewin-nungs-Systeme. Die beiden Branchen haben sehr viel Arbeit investiert und damit hohe Qualittsstan-dards erreicht sowie das Know-how zur korrekten Installation der Systeme an Installationsbetriebeerarbeitet.

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In den letzten Jahren ist jedoch eine Stagnation des Wachstums in beiden Branchen zu erkennen.Neue Impulse erhofft man sich durch die Kombination von Wrmepumpen mit thermischen Sonnen-kollektoren.Die ersten Anstze zur Kombination der beiden Technologien waren meist Luft-Wasser-Wrmepumpen, bei denen die Ansaugluft der Wrmepumpe entweder ber einfache Dachkollekt-oren gefhrt oder an kalten Tagen durch das Erdreich vorgewrmt wurde.Eine weitere Mglichkeit stellen Systemkombinationen dar, die zwar den gleichen Pufferspeicherbenutzen, sonst aber voneinander unabhngig arbeiten. Eine solche Kombination von thermischenKollektoren mit einer Wrmepumpe erlaubt die Deckung des Warmwasserbedarfs auerhalb derHeizsaison zum Groteil durch Solarthermie. Dadurch sinken die Jahreslaufzeiten von Kompressor(und Sole- bzw. Brunnenwasserpumpe); bei der Wrmequelle Erdreich wird die Regenerationsfhig-keit des Erdreichkollektors durch krzere Nutzung erhht. Die fr die Wrmepumpe energetisch un-gnstige Warmwasserbereitung (Warmwassertemperatur ist hher als die Heizungstemperatur) wirdreduziert, was zu verbesserten Jahresarbeitszahlen der Wrmepumpe fhrt.Weitere Optimierung beider Systeme verspricht die Kombination von thermischen Kollektoren mitWrmepumpen, bei der auch eine Zufuhr von Energie direkt aus der Solaranlage an die Wrmequelleder Wrmepumpe ermglicht wird. Dadurch knnen deutlich niedrigere Temperaturniveaus derthermischen Kollektoren genutzt werden, wodurch der Jahresertrag der Solaranlage gesteigert wer-den kann. Bei einer Kombination mit einer Erdreichwrmepumpe kann die Stagnation der Solaranla-ge bei solarem berangebot im Sommer wirkungsvoll verhindert werden, whrend gleichzeitig eineverbesserte Regeneration des Erdreichkollektors erreicht werden kann. Die Wrmepumpe profitiertvon der Erhhung des Verdampfungstemperaturniveaus, wodurch sich die Jahresarbeitszahl verbes-sert.Ein weiteres interessantes System stellt die Kombination von Wrmepumpe, Solaranlage und Eisspei-cher dar. Der Eisspeicher dient der Wrmepumpe als Wrmequelle und wird durch die Solaranlageregeneriert. Durch die hohe Energiedichte (Nutzung der Latentwrme des Phasenwechsels zwischenEis und flssigem Wasser) und das geringe Temperaturniveau sind Platzbedarf und Verluste des Eis-speichers gering, wodurch das System auch bei eingeschrnkten Platzverhltnissen eingesetzt wer-den kann.Die Hindernisse, die bei den genannten Systemen zu beobachten sind, erinnern sehr stark an jeneaus den Anfngen von Solarthermie- und Wrmepumpensystemen: Es gibt noch keinen Stand derTechnik, die Installationsbetriebe sind oft mit der Komplexitt von Hydraulik und Regelung berfor-dert und immer wieder werden mit berzogenen Versprechen bezglich Einsparungen Erwartungenbei den Endkunden geweckt, die dann nicht erfllt werden knnen.Die Herausforderungen der nchsten Jahre sind dabei folgende Punkte:

Etablierung eines Stand der Technik Weiterbildung von Fachpersonal Werkzeuge zur realistischen Abschtzung der zu erwartenden Ertrge

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2.3. Mobile Energieoptimierung

Die MotivationDer Nationalrat beschloss im Juli 2014 das neue Energieeffizienzgesetz (EEffG). Neben der gesetzli-chen Verpflichtung fr Grounternehmen zur Einfhrung eines Energiemanagementsystems sindzuknftig auch Energielieferanten (u.a. EVUs, aber auch Heizwerkbetreiber und Pelletsproduzenten)zur Verbesserung von Energieeffizienz (in der Erzeugung und beim Endverbraucher) verpflichtet.Aber auch fr die nicht durch dieses Gesetz verpflichteten KMU macht ein effizienterer Energieein-satz durchaus Sinn. Die wirtschaftliche Rentabilitt ist in allen Industriezweigen und in Betrieben allerGrenordnung in den letzten Jahren zunehmend in den Mittelpunkt gerckt: Maximale Produktivi-tt bei minimalem Ressourcenverbrauch lautet der Vorsatz. Die exakte Erfassung, Auswertung undAnalyse der Anlagenparameter stellt dabei die Basis fr weitere Vorgehensschritte dar.Die LsungDie drei ACR-Institute OFI, GET und KOV haben sich aus diesem Grund zusammengetan und mit demEnO-Mobil die entsprechende Infrastruktur angeschafft welche teilweise ber BMWFW-Frdergelder kofinanziert wurde um ihren Kunden zuknftig mobile FEI-Dienstleistungen im Be-reich der Energieoptimierung anbieten zu knnen. Das EnO-Mobil ermglicht es direkt Vorort beimKunden Stoff- und Energiestrme zu bestimmen, zu bilanzieren und in weiterer Folge zu optimie-ren.

Abbildung 8: EnO-Mobil - Mobile Energieoptimierung

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Ergebnisse aus hochmoderne Messtechnik wie bspw. von einem FTIR Multigasanalysator (zur simul-tanen Bestimmung von Gaskomponenten) oder mehreren Ultraschall-Durchflussmessgerten (zurErmittlung der Durchflussmengen flssiger und gasfrmiger Medien in Rohrleitungen), sowie weite-ren Messgerten werden in einem mathematischen Modell einer Energiebilanzierungssoftware ver-knpft und mittels Parametervariation knnen daraus Optimierungspotentiale abgeleitet werden.Groes Augenmerk wurde dabei auch auf die eingesetzten Schnittstellen und die Softwareprogram-mierung bei der Datenerfassung und -speicherung gelegt, die ein Zusammenfassen und synchronesDarstellen der Ergebnisse just in time vorsieht. Mit diesem essenziellen Asset kann die Auswirkungder Vernderungen einzelner Einflussgren direkt beim Kunden erfasst, visualisiert und ausgewer-tet werden, sodass Rckschlsse zur Energieoptimierung erstmals Vorort und im unmittelbarem zeit-lichen Zusammenhang mit der Datenerfassung mglich sind.Durch die Bndelung der Institutskapazitten und -kompetenzen, gepaart mit dem zustzlichen Aus-bau in Form der mobilen Datenerfassung und -auswertung, knnen auf sehr effiziente Art und WeiseEnergie- und damit auch Kosteneinsparpotentiale in unterschiedlichsten Gewerbe- und Industriebe-reichen aufgezeigt werden. Die Umsetzung dieser trgt in weiterer Folge nicht nur zur Reduktion desCO2-Ausstoes bei, sondern sichert auch nachhaltig die Konkurrenzfhigkeit der Betriebe und dieArbeitspltze der dort ttigen Mitarbeiter.

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3. Trends in der Photovoltaik

In den letzten Jahren erfuhr die Photovoltaik (PV), also die Stromerzeugung direkt aus Sonnenlicht,einen enormen Aufschwung. So wurden im Jahr 2013 rund 263 MWp (Mega Watt peak = maximaleLeistung einer PV-Anlage bei Normbedingungen) an Leistung in sterreich neu installiert. Insgesamtwaren damit am Ende des Jahres 2013 626 MWp installiert, welche rund 1,1 Prozent des Gesamt-stromaufkommens bereitstellen10, 11. Dies bedeutet eine Steigerung von 81 Prozent im Vergleich zumJahr 2012 (0,61 Prozent) 10. Fr 2020 ist bereits eine Installierte PV-Leistung von 6,4 GWp fr ster-reich prognostiziert, was dann einem PV-Anteil am Stromverbrauch von 8 Prozent entsprechenwird11.

Der erneute Wachstumssprung ist dabei primr auf die weiter gefallenen Preise und die steigendeAkzeptanz der Technologie zurckzufhren10.

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3.1. Gebudeintegrierte PVFr Mitteleuropa und sterreich im Speziellen einem gebirgigen Land, in dem die freiliegendenFlchen hauptschlich landwirtschaftlich genutzt werden sehen Experten die potentiellen Installa-tionsflchen fr Photovoltaik-Anlagen berwiegend am Gebude. Das technische Potenzial vonBuilding-integrated photovoltaics (BIPV) in sterreich betrgt ca. 140 km Dachflche und ca.50 km Fassadenflche. Gem einem Bericht der Internationalen Energieagentur12 ist es mglich,durch den Ausbau des theoretisch gebudeintegrierten Potenzials in sterreich einen jhrlichenelektrischen Ertrag von rund 18,7 TWh zu erzeugen. Daraus lsst sich ableiten, dass in sterreichallein durch den Ausbau der BIPV ein bedeutender Anteil des zuknftigen Strombedarfs gedecktwerden kann13, 14. In sterreich waren 2012 aber nur 2,2 Prozent aller installierten PV Anlagen ge-budeintegriert, der fassadenintegrierte Anteil betrug nur 0,6 Prozent (3.850 kWp)10. Weltweit wur-den bis Anfang 2014 0,1 GWp der PV-Anlagen in die Gebudehlle integriert, 8 GWp an PV-AnlagenLeistung wurde an Gebuden angebracht.

PV-Module werden derzeit meist additiv in Form von Standardmodulen an Gebuden und dabei v.a.auf Dachflchen angebracht. Allerdings ergeben diese Auf-Dach-Lsungen oft sthetisch fragwrdigeObjekte, die langfristig und bei hherer Verbreitung wie das z.B. in Bayern bereits beobachtet wer-den kann optisch strend wirken. Dies kann wiederum zu einer verminderten Akzeptanz der Tech-nologie in der Gesellschaft fhren. Vor allem fr historisch gewachsene Stdte wie z.B. Wien sindsolche Installationslsungen nicht denkbar. Da die EU-Gebuderichtlinie ab 2020 strenge Richtlinienfr den Energieverbrauch von Gebuden vorgibt (nearly Zero energy)15, muss es Ziel sein, wirt-schaftlich und optisch vertrgliche Lsungen fr bauteilintegrierte PV zu entwickeln. Die symbioti-sche Vereinigung von Architektur mit dem aktuellen Trend zu nachhaltigen Energietechnologien bie-tet fr ein Technologie- und Kulturland wie sterreich groe Chancen.

Denn ganz im Gegensatz zu den preislich stark unter Druck geratenen Standard-PV-Modulen, derenProduktion heutzutage zu einem Gutteil in Asien stattfindet, kann bei der BIPV eine wesentlich hhe-re regionale Wertschpfung erreicht werden. Teile der Gebudehlle wie z.B. Dach, Fassade, Fenster,Brstungen, Sonnenschutzeinrichtungen oder Balkone knnen durch Kombination mit PV-Zellen mitdem Zusatznutzen Stromgewinnung ausgestattet werden und so durch ihre Multifunktionalitteinen hohen Mehrwert bieten.

Auer Glas/Glas-Fassadenelementen, basierend auf kristalliner Silizium Technologie, gibt es heutzu-tage keine technisch, wirtschaftlich und sthetisch ansprechende gebudeintegrierte Lsung vorallem fr Fassaden, die sich am Markt durchsetzen konnten. Neben der Nutzung blicher mono- undpolykristallinen Solarzellen in BIPV-Modulen (die jedoch den optischen Ansprchen v.a. in RichtungFarbgestaltung oft nicht gengen), spielen fr die Gebudeintegration der PV vor allem neue Ent-wicklungen wie organische Solarzellen oder Dnnschichtfolien eine bedeutsame Rolle, um dem An-spruch der Multifunktionalitt von BIPV sowie architektonischen Anforderungen gerecht zu werden.Des weiteren stellen Oberflchenbedruckungen der Module, farbliche Variation der Zelloberflchensowie ein Einfrben der polymeren Einkapselungen oder der silberfarbenen Zellverbinder mglicheAnstze dar, um das Erscheinungsbild der PV-Module in der Gebudehlle sthetisch ansprechenderzu machen.

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Die Entwicklung innovativer Produkte fr die bauteilintegrierte Photovoltaik ist somit ein innovativesForschungsthema mit hoher Interdisziplinaritt, denn es mssen neben

- Materialentwicklungen,- Bauteiloptimierungen und- PV-Modulentwicklungen auch viele- elektrotechnische- bautechnische- und bauphysikalische sowie- energiesystemtechnische Probleme

gelst werden. Die Implementierung der stromerzeugenden PV-Module in die Gebudeteile erfor-dert aber auch eine Abstimmung mit Bauherrn, Architekten und Stadtplanern. Durch den Aufbau desnotwendigen Know-hows und der technischen Grundlagen werden die ACR-Institute gemeinsam mitden sterreichischen Wirtschaftspartnern einen international anerkannten Technologie-Schwerpunktentlang der gesamten Wertschpfungskette auf dem Gebiet der BIPV in sterreich etablieren.

sterreich beteiligt sich auch am neuen Forschungsschwerpunkt der Internationalen EnergieagenturIEA, der unter dem Thema Beschleunigung von BIPV (= TASK 15 der Internationale EnergieagenturPVPS) eine hhere Marktdurchdringung von BIPV zum Ziel hat15. Ausgehend vom aktuellen Status(2014)

kleiner Marktanteil: 1-3% des gesamten PV-Marktes teuer (Preisrahmen : Faktor 1,3 - 40 BIPV/BAPV) geringe Marktdurchdringung, hauptschlich Prototypen

sollen durch Initiativen des Task 15 bis 2020 folgenden Zielvorgaben erreicht werden: Marktanteil 10 Prozent Preisrahmen : Faktor 1,0-1,6 BIPV/BAPV

(Building integrated photovoltaic/Building attached Photovoltaic) hhere Marktpenetration

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3.2. Materialien

Ein PV-Modul stellt vom Aufbau her einen Multimaterialverbund dar, der neben den meist anorgani-schen, PV-aktiven Komponenten (kristalline Silizium-Zellen oder Dnnschichtzellen aus verschiede-nen Halbleitermaterialien wie CdTe, Si, CIGS oder CZTS) polymere Einbettungen und Glas bzw. poly-mere Rckseitenfolien als Einkapselungen enthlt. Fr die Verbindung der Zellen und zur Stromab-fhrung werden leitende Metall-Bndchen und Verbinder eingesetzt, die metallischen Rahmen undKunststoffanschlussdosen werden ber polymere Dichtungen mit dem Modul verbunden (siehe Ab-bildung 9).

Abbildung 9: Aufbau Solarmodul16

Durch das Zusammentreffen mehrerer, sehr unterschiedlicher Materialien sind deren Abstimmungbetreffend chemischer Vertrglichkeit, Anpassung der thermischen und mechanischen Eigen-schaftsprofile sowie eine Optimierung der optischen Charakteristika ganz wesentliche Faktoren, diedie Langzeitbestndigkeit und Energieausbeute des Gesamtsystems PV-Modul mitbestimmen. Be-schleunigte Alterungstests an neu entwickelten Modulaufbauten in Kombination mit innovativenAnalysemethoden knnen eine deutliche Minimierung der Produktentwicklungszeiten ermglichen.

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3.3. Qualittssicherung

Fr die Qualittssicherung ist in der Photovoltaikbranche neben der Eingangskontrolle der eingesetz-ten Materialien und Einzelkomponenten vor allem die Ausgangskontrolle der produzierten Modulevor Installation und die laufende berprfung der PV-Module im Feld von Bedeutung. Whrend frdie berprfung der Materialien VOR dem Einbau ins Modul zahlreiche chemische, physikalische,elektrische und mechanische Prfverfahren zur Verfgung stehen, mssen fr die Qualittssicherungdes fertigen PV-Moduls vor allem zerstrungsfreie Analysenmethoden zum Einsatz kommen.Neben den standardisierten Testprozeduren17, 18, 19, die jede neue Modultype betreffend Sicherheits-qualifikation, Designqualifizierung und Typengenehmigung durchlaufen muss, werden am Ende derProduktionskette elektrische Leistungsmessungen an den Modulen und in vielen Betrieben auch eineberprfung der Funktionalitt der stromliefernden Komponenten durch bildgebende Verfahren wieElektrolumineszenz (EL) und/oder Thermographie durchgefhrt. Damit knnen inaktive Zellen odergebrochene Leiterbahnen detektiert werden (Abbildung 10).

Abbildung 10: EL-Aufnahme eines kristallinen Si-Moduls mit Fehlstellen markiert in rot20

Fr die berprfung der Funktionalitt im Feld setzen sich Thermographiemethoden immer mehrdurch (siehe Abbildung 11). An einer systematisierten Auswertung von aufgenommenen Thermogra-phieaufnahmen und einem automatisierten Fehlerzuordnungskonzept wird gearbeitet21. Auch imProjekt InSolTec werden unterschiedliche Verfahren zur Fehlererkennung in PV-Modulen entwi-ckelt22.

Abbildung 11: Thermographie-Aufnahme

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3.4. Monitoring-Systeme

Die berwachung von PV-Systemen spielt eine immer wichtigere Rolle am PV-Markt. Dies hat mehre-re Grnde:

- Aufgrund sinkender Frderungen ist eine voll funktionsfhige Anlage ein wesentliches Krite-rium fr den wirtschaftlichen Betrieb ber die lange Lebensdauer von PV-Systemen.

- Fr den Handel der erzeugten Energie am Strommarkt sind exakte Prognosen der Erzeugungnotwendig. Monitoring Systeme bieten hier durch die Zusammenfhrung mit Wetterdatenein effektives Tool.

- Insbesondere groe Anlagen sind fr Betreiber oftmals unbersichtlich, demgegenber wol-len Privatanwender fr die berwachung mglichst wenig Zeit investieren. AutomatisierteSysteme bieten hierfr funktionale Mittel zur einfachen Fehlererkennung.

- Installierte Anlagen mssen laufend berprft und gewartet werden. Aufgrund der Zuwchsein den letzten Jahren besteht entsprechend hohes Potential.

Anlagenberwachung kann in zwei wesentliche Gruppen unterteil werden. Zum einen werden Da-tensysteme verwendet, welche periodisch Messdaten erheben und diese auswerten bzw. visualisie-ren. Dabei knnen Ertrge berprft und Betriebsabweichungen aus der Ferne festgestellt werden.Zum anderen gibt es mittlerweile eine Flle von messtechnischen Methoden, wie Anlagenkompo-nenten direkt vor Ort auf ihrer Leistungsfhigkeit getestet werden knnen. Hierbei werden Messun-gen durchgefhrt und eine Vergleichbarkeit mit den ursprnglichen Ausgangsparametern geschaffen.Im Bereich der (Fern-)berwachung werden Messdaten wie Spannungen, Leistungen und Energienwie auch Umgebungsbedingungen (Einstrahlung, Temperatur und Windgeschwindigkeit) erfasst. Esfolgt meist eine Aufbereitung der Daten sowie deren Speicherung. Fr Kunden bzw. Betreiber wer-den die Ergebnisse in unterschiedlichster Form visualisiert, um mgliche Abweichungen von einemgewnschten Verhalten darzustellen.Neben diesem klassischen Ansatz der einfachen Darstellung der Daten wird immer mehr eine auto-matisierte Analyse der Anlagenergebnisse gefordert. Kleine Fehler knnen aufgrund der hohen Leis-tung und groen Anzahl an Einzelkomponenten kaum mehr erkannt werden, verursachen ber ln-gere Zeitrume jedoch wesentliche Einbuen. Komplexe Modelle und Algorithmen werden einge-setzt, um Messergebnisse auf Plausibilitt zu berprfen. Geringste Abweichungen vom Normbetriebknnen somit erkannt und abhngig von ihrer Auswirkung charakterisiert werden. Nach dem Erken-nen eines Fehlers wird in einem nchsten Schritt die Ursache des Fehlers (Art, Auftreten, Ort undAuswirkung) analysiert und der Kunde automatisiert informiert (SMS, E-Mail etc.). Notwendiges Kri-terium ist auch die Vermeidung von falschen Alarmen, diese knnen schnell zu ungewollten Vernde-rungen in der Verwendung fhren. Das ASiC hat in diesem Bereich durch diverse Projekte mit nam-haften Industriepartnern umfangreiche Expertise aufgebaut23.Vor allem durch den Einsatz von modulbasierten Optimierern, Wechselrichtern bzw. berwachungs-einheiten steigt die Menge an Daten, welche zum Monitoring dauerhaft zur Verfgung stehen. Ne-ben entsprechenden Mglichkeiten des Datenmanagements mssen einfache, kostengnstige undvor allem langzeitstabile Hardware-Komponenten zur Integration in die Modulanschlussdosen entwi-ckelt werden.

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Daneben bieten Monitoring-Systeme bereits eine Flle von weiteren Mglichkeiten bei der Integrati-on ins Netz bzw. in Energiemanagementsystemen. Hierzu zhlen unter anderem die Regelung vonPV-Anlagen durch den Netzbetreiber im Falle von Netzberlastung. Aufgrund der teilweise betrcht-lichen Anschlussleistung in einzelnen Netzbereichen kann es erforderlich sein, die Anlagenleistung zuSpitzenzeiten zu drosseln. Eine entsprechende Kommunikation zwischen den Akteuren ist hierbeiwesentlich, weshalb Monitoring-Systeme aufgrund ihrer Flexibilitt und Datenbereitstellung dafreingesetzt werden.Im Bereich Energiemanagement stellen Monitoring-Systeme die Verbindung zwischen Erzeuger undVerbraucher her. Verschiedenste Gerte knnen erzeugungsgesteuert aktiviert und der Eigenver-brauch dadurch gesteigert werden. Durch die Integration von Wettervorhersagen knnen Energie-prognosen erstellt werden, welche sowohl fr den Handel an der Strombrse essentiell aber auch imPrivaten fr hhere Eigenverbrauchsquoten notwendig sind.Zu den Vor-Ort-Services von PV-Anlagen zhlen unter anderem die Reinigung und berprfung vonAnlagenkomponenten, insbesondere den Modulen. Fr die rasche Auffindung von defekten Modulenkann vor allem die Infrarot-Thermografie eingesetzt werden. Besonders innovativ ist beispielsweiseder Einsatz von Drohnen als Kameratrger. Groe Flchen knnen in krzester Zeit analysiert wer-den. Mobile Teststnde untersttzen bei der Analyse von Schadensbildern und der Erstellung vonGarantiegutachten.Studien zeigen, dass bei einem weltweiten PV-Zubau von rund 37 GW der Markt fr Monitoring Sys-teme rund 39,7 GW betrgt24. Dies resultiert in erster Linie aus einer verstrkten Nachrstung vonbereits bestehenden Installationen. Abbildung 12 zeigt die Marktverteilung aufgeschlsselt nachUnternehmen und Zuwachsraten. Fr Unternehmen bieten sich daher gute Mglichkeiten an, unab-hngig von Neuinstallationen durch Monitoring ihren Umsatz hochzuhalten bzw. zu steigern.Aufgrund rasch wechselnder politischer und behrdlicher Vorgaben gilt es, diese rasch umzusetzenund im optimalen Fall stets einen Schritt zuvor zu sein. Hohe Innovationskraft ist daher von den Un-ternehmen gefordert. Zustzlich ist auch die Vernetzung mit dem Energiesystem wesentlicher Ent-wicklungsbereich. Komplette Lsungen sind fr den effizienten Einsatz in Smart Homes und SmartGrids notwendig.PV-Monitoring bietet vor allem fr kleine und mittlere Unternehmen die Mglichkeit, sich in ausge-whlten Fachgebieten zu spezialisieren. Neben der Entwicklung und Installation der Komponentenzhlen hierzu im Besonderen die Bereiche der Datenverarbeitung (bermittlung, Speicherung, Analy-se) und Messtechnik.

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Abbildung 12: berwachte Anlagenleistung im Jahr 2013 nach Unternehmen und neu hinzugekommener Leistung25.

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3.5. Eigenverbrauchserhhung

Die Erhhung des Eigenverbrauchs ist gerade bei nicht- oder investitionsgefrderten Anlagen einwesentliches Mittel zur Erhaltung der Wirtschaftlichkeit. Neben gesunkenen Preisen haben sich auchFrderungen deutlich verringert. Beispielsweise betrgt die gefrderte Einspeisevergtung in ster-reich 2015 nur mehr rund 0,14 /kWh, whrend im Jahr 2006 noch 0,42 /kWh ausbezahlt wurde26.Betrachtet man die Gestehungskosten von PV-Strom, liegen diese selbst aus kleinen Anlagen bereitsunterhalb des durchschnittlichen Haushaltsstromtarifs. Es ist deshalb sinnvoll, einen mglichst gro-en Anteil an PV-Strom selbst zu verbrauchen und nur mehr den berschuss abzugeben. Werdenherkmmliche Dimensionierungsrichtlinien herangezogen (durchschnittlicher Haushalt mit rund5 kWp PV) zeigt sich jedoch, dass maximal bis zu 30 Prozent des PV-Stroms direkt verbraucht werdenknnen und rund 70 Prozent mit geringem Ertrag an den Stromhndler gehen. Die mgliche Eigen-verbrauchsrate, also das Verhltnis von direkt selbst verbrauchter PV-Energie zu gesamt produzierterPV-Energie, ist in erster Linie vom Verbrauchsverhalten abhngig. Da die PV-Anlage nur bei Solar-strahlung Strom produziert, knnen nur untertags betriebene Lasten den Eigenverbrauch erhhen.Beispielsweise passt dies in einem Brogebude, wo elektrischer Bedarf vor allem zum Betrieb vonBeleuchtung, Computern und Klimatisierung vorhanden ist, sehr gut. Ein Zwei-Personen-Haushalt,wo beide Personen untertags berufsttig sind, wird hierbei schlechter abschneiden.Auch im Gewerbe knnen PV-Anlagen effektiv zur Eigenstromversorgung eingesetzt werden. Beson-ders bei hohen Verbruchen tagsber knnen der Stromzukauf verringert und die Amortisationszei-ten gesenkt werden. In der Kalkulation mssen jedoch etwaige Steuern entsprechend bercksichtigtwerden. Die Grenze fr die Elektrizittsabgabe fr Eigenstromverbrauch wurde jedoch 2014 auf25 kWp bzw. 25000 kWh/a erhht.Zur Erhhung des Eigenverbrauchs bieten sich verschiedene Manahmen an. Die einfachste Varianteist eine Verringerung der installierten PV-Leistung. Dadurch wird weniger Energie erzeugt, von wel-cher ein grerer Anteil selbst verbraucht werden kann. Die Wirtschaftlichkeit ist jedoch nicht ingleichem Mae gegeben, da kleine Anlagen verhltnismig teurer sind.Durch eine Ost-West-Ausrichtung der PV-Anlage wird ein gleichmigeres Erzeugungsprofil erreicht.Bedarfsspitzen in der Frh beziehungsweise am Abend knnen dadurch besser abgedeckt werden.Eine entsprechende Mglichkeit zur Ausrichtung der Montageflche ist jedoch notwendig.Sofern mglich, stellt die Optimierung des Nutzerverhaltens eine wirkungsvolle Variante zur Erh-hung des Eigenverbrauchs dar. Verschiebbare Lasten, oftmals werden hier Waschmaschine und Ge-schirrspler genannt, ermglichen einen gesteigerten Verbrauch in Zeiten hoher Einstrahlung. DerNutzer muss hierfr jedoch gewisse Abstriche in Kauf nehmen bzw. seine Lebensgewohnheiten ver-ndern, wozu aufgrund der geringen Energiepreise und der begrenzten Einsparungsmglichkeitennur wenig Anreiz besteht. Energiemanagementsysteme geben anhand von Erzeugung und VerbrauchHandlungsempfehlungen oder bernehmen diese Aufgaben bereits automatisiert durch gesteuerteSteckdosen oder die direkte Kommunikation mit dem betroffenen Gert.

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EnergiespeicherEine umfassende Mglichkeit zur Eigenverbrauchserhhung stellt die Nutzung von Speichern dar, dadiese Erzeugung und Verbrauch zeitlich voneinander entkoppeln. Hierbei knnen sowohl Wrme- alsauch elektrochemische Systeme eingesetzt werden.Wasserboiler werden seit Langem als Energiespeicher eingesetzt. In Zusammenhang mit Photovoltaikknnen sie zur Verwendung von berschussenergie genutzt werden. Kann erzeugter Strom nicht imHaushalt genutzt werden, wird mittels elektrischem Heizstab der Puffer aufgeladen. VerschiedensteGerte ermglichen hier einen automatisierten Betrieb mit berschussenergie. Teilweise werdenauch bereits PV-Anlagen installiert, die nur zur Erwrmung von Wasser eingesetzt werden und berkeinen Netzanschluss verfgen. Durch die stark gefallenen Systempreise stellt diese Variante eineKonkurrenz gegenber der klassischen Solarthermie dar.Die Speicherung von elektrischer Energie ist durch den Einsatz von Batteriespeichern mglich, auf-grund der hohen Akkukosten jedoch meist noch nicht wirtschaftlich. Lediglich in manchen Spezialfl-len knnen Amortisationszeiten im Bereich der Nutzungsdauer erzielt werden. Im Jahr 2014 habensich jedoch Frderungen fr Heimspeicher in einzelnen Bundeslndern etabliert, welche die Installa-tion von Batterien untersttzen. Obwohl auch damit kaum ein wirtschaftlicher Betrieb mglich ist, istdie Kundennachfrage verhltnismig hoch. So waren beispielsweise beide Frdertranchen inObersterreich binnen weniger Tage vergriffen.Fr Heimsysteme werden blicherweise Blei- oder Lithiumsysteme eingesetzt, wobei blicherweisenur Letztere gefrdert werden. Blei-Akkumulatoren zeichnen sich durch einen verhltnismig nied-rigen Preis und sehr umfassende Erfahrungswerte aus, da dieser Batterietyp bereits seit Jahrzehntenzur Energiespeicherung in photovoltaisch versorgten Inselnetzen eingesetzt wird. Dagegen sind Lithi-um-Akkumulatoren eine relativ neue Entwicklung, welche vor allem durch eine lange Lebensdauer(manche Hersteller garantieren bis zu 20 Jahre) berzeugen. Dafr sind die Investitionskosten ver-hltnismig hoch.Lithium-Speicher werden auch in Grospeicheranlagen fr PV- oder Windkraftwerke sowie zur Netz-stabilisierung eingesetzt. Gnstigere Alternativen sind dafr Natrium-Schwefel (NAS) oder Redox-Flow Batterien.Neben der Weiterentwicklung der Batterietechnologien mssen vor allem Regelstrategien, welchesowohl Vorteile fr den Eigenverbrauch aber auch fr die Netzbelastung liefern, entwickelt werden.Vor allem die Standardisierung von Kommunikationstechnologien zum vernetzten Betrieb unter-schiedlicher Gerte ist notwendig. Intelligente Algorithmen, welche eine Vielzahl von Einflussfakto-ren auswerten, knnen eine weitere Steigerung der Eigenverbrauchsquote ermglichen. Vor allemder Einfluss des Wetters spielt hierbei eine enorme Rolle, weshalb im Bereich von WetterprognosenEntwicklungspotential gegeben ist.Die bisher erhltlichen Lsungen zur Eigenverbrauchserhhung bieten aktuell noch erhebliches Op-timierungspotential, wodurch sich auch fr kleine und mittlere Unternehmen vielversprechendeEntwicklungsmglichkeiten auftun.

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3.6. Hybridsysteme

Im Projekt Cool PV haben sich die ACR-Forschungsinstitute GET und ASiC sowie die Forschung Bur-genland und die Gesellschaft fr Solarenergie und Design (SOLID) zu einem schlagkrftigen Konsorti-um zusammengeschlossen. In dieser einzigartigen Konstellation wird ein wesentlicher Beitrag zurVerbesserung der Kombination von Solarenergie und Wrmepumpensystemen erarbeitet.ProblemstellungDie Leistungsfhigkeit von PV-Elementen ist stark von der Modultemperatur abhngig. Als Faustregelgilt: eine Temperaturerhhung von 10 C vermindert die Leistungsfhigkeit des PV-Moduls um bis zu5 Prozent. Abhilfe schaffen sogenannte PV-Hybridmodule. Dabei werden die PV-Module auf einemAbsorber platziert, der Wrme ber ein Flssigkeitskhlsystem abfhren kann (siehe Abbildung 13).

Abbildung 13: PV-Hybridmodul von Volther pv-t hybrid collectors (Quelle: Volther Hybridkollektoren: Effizienz im Dop-pelpack, Produktinformation Solimpeks Solar GmbH)

Diese Hybridkollektoren sind dazu geeignet, durch aktive Khlung die Temperatur des PV-Moduls zuverringern und damit den elektrischen Stromertrag zu erhhen. Dazu muss allerdings eine Wrme-senke zur Verfgung stehen, die in Zeiten von hoher solarer Einstrahlung dauerhaft Wrme auf nied-rigem Temperaturniveau aufnehmen kann.Erdreichkollektoren fr Wrmepumpen sind Wrmesenken, die diese Kriterien erfllen. Diese arbei-ten blicherweise auf einem Temperaturniveau von etwa -5 C bis 10 C und stellen die meistgenutz-te Wrmequelle fr Heizungswrmepumpen in Einfamilienhusern dar. Das Temperaturniveau desErdreichs ist am Ende der Heizperiode am geringsten, die Regeneration erfolgt blicherweise zumGroteil durch Sickerwasser.Durch eine Kombination von PV-Hybridkollektoren und Wrmepumpenanlagen mit Erdreichkollektorkann die Effizienz beider Systeme erhht werden:

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- Die PV-Hybridkollektoren knnen bei hoher Sonneneinstrahlung durch Wrmeabfuhr gekhltwerden, wodurch ihre Effizienz und damit der Energieertrag steigt.

- Die Einspeicherung von Wrme in den Erdreichkollektor untersttzt dessen Regenerationund erhht dadurch das Verdampfungstemperaturniveau fr die Wrmepumpe und damitauch ihre Leistungszahl.

Abbildung 14: Energieflsse im Sommer- und Winterbetrieb der Systemkombination

Im Projekt Cool PV werden die wissenschaftlichen Grundlagen zur Quantifizierung dieser Effekte er-arbeitet. Das Ziel ist die Erstellung eines Software-Tools, mit dessen Hilfe es mglich ist, eine fundier-te Abschtzung der Auswirkungen auf den Energieertrag des PV-Hybridkollektorfeldes sowie dieenergetische Verbesserung des Wrmepumpensystems zu treffen.Die Innovation in diesem Projekt ist die wissenschaftliche Analyse der naturwissenschaftlichenWechselwirkungen der Systeme untereinander und mit ihrer Umgebung. Mit Hilfe der im Projekterstellten Simulationswerkzeuge ist es mglich, die gegenseitige Beeinflussung der Systeme besser zuverstehen, als dies nur durch Monitoring mglich ist. Dadurch wird die Grundlage fr eine gesamt-heitliche Optimierung geschaffen.

KoordinationGerald Steinmaurer, ASiC

AutorInnenGabriele Eder, OFIHilbert Focke, ASiCKlaus Jrg, OFIKatharina Kreuter, GETKlaus Paar, GETWilfrid Pichler, HFAPhilipp Rechberger, ASiCAngelika Rubick, HFAThomas Schiffert, KOVGerald Steinmaurer, ASiCBernhard Zettl, ASiC

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4. Literatur1 Siehe beispielsweise www.fnr.de, www.energiepflanzen.at2 www.bioup.at3 Im Rahmen des FFG-gefrderten Projekts (BioUpgrade Substitution fossiler Brennstoffe mit veredelter Biomasse)4 Artikel 15 der RICHTLINIE 2008/50/EG DES EUROPISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 21. Mai 2008 ber Luftqua-litt und saubere Luft fr Europa5 W. Streicher, et.al., Energieautarkie fr sterreich 2050, Feasibility Study (2011)6 Wissenschaftlichen Beirats [fehlt da was?] der deutschen Bundesregierung Globale Umweltvernderungen (WBGU), 20037 Internationale Energieagentur IEA, Programme Solar Heating and Cooling: Solar Heating Worldwide. Edition 20138 SHC-Task 42 der IEA, siehe http://task42.iea-shc.org/9 http://deinbauguide.de, abgerufen am 31.10.201310 Peter Biermayr, Manuela Eberl,Monika Enigl,Hubert Fechner, Christa Kristfel,Kurt Leonhartsberger,Florian Maringer,Stefan Moidl, Christoph Strasser, Werner Weiss, Manfred Wrgette 2013. Innovative Energitechnologien in sterreichMarktentwicklung 2013. Berichte aus Energie und Umweltforschung 26/2014. Erhltlich unter:http://www.nachhaltigwirtschaften.at/e2050/e2050_pdf/201426_marktentwicklung_2013.pdf [].11 Photovoltaik Austria Federal Association (Hrsg): Fact Sheet PV Branche sterreich. Die sterreichische PhotovoltaikBranche in Zahlen. November 2014. Erhltlich unter: http://www.pvaustria.at/wp-content/uploads/2013/07/2014-06-12-Fact-sheet-PV-Branche2.pdf.12 Internationale Energieagentur IEA Potential for Building Integrated Photovoltaics IEA-T7-200213 Gebudeintegrierte Photovoltaik Teil 1: Technologiestatus, Erfahrungen, Best Practice-Beispiele und Visionen der BIPVTechnologie, Studie im Auftrag des sterreichischen Klima- und Energiefonds Oktober 2009; H. Fechner, E. Sehnal, R.Haas, A. Lpez-Polo und D. Kletzan-Slamanig14 Gebudeintegrierte Photovoltaik Teil 2: Perspektiven, Potenziale und volkswirtschaftliche Betrachtung der BIPV-Technologie, Studie im Auftrag des sterreichischen Klima- und Energiefonds Oktober 2009; H. Fechner, E. Sehnal, R. Haas,A. Lpez-Polo und D. Kletzan-Slamanig15 RICHTLINIE 2010/31/EU DES EUROPISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES, vom 19. Mai 2010, ber die Gesamtenergie-effizienz von Gebude; http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2010:153:0013:0035:DE:PDF16 http://www.renewable-energy-concepts.com/german/sonnenenergie/solaranlage-solartechnik/solarmodule-aufbau.html, zuletzt abgerufen am 27.10.201317 IEC 61215, Crystalline silicone terrestrial photovoltaic modules design qualification and type approval; 2005-0418 IEC 61646, Terrestrische Dnnschicht-Photovoltaik(PV)-Module, Bauarteignung und Bauartzulassung; 2009-0319 VE/NORM EN61730-1 und 2, Photovoltaik Module Sicherheitsqualifikation; Teil1: Anforderungen an den Aufbau;Teil 2: Anforderungen an die Prfung, 2007-1220 R. Ebner, S. Zamini, G. jvri, A. Allmer: Photovoltaics World Conference 2011, Tampa, USA; 2011; in: 2011 ConferenceProceedings, PennWell, (2011)21 FFG-Forschungsprojekt: Photovoltaic Performance Analysis Method based on infrared Teechnology, 2013-2015; AIT,OFI, Infratec, Encome22 RSA-Projekt InSolTec Inspection Tools for Solar Technology, 2011-2014, www.asic.at23 Projekte PVplus und PV-SFD; www.asic.at24 http://www.pv-tech.org/news/burgeoning_pv_monitoring_market_outstripped_pv_instals_in_2013_gtm, 12.11.201425 http://www.greentechmedia.com/content/images/reports/PV_Monitoring_2014_graphic2.png, 12.11.201426 Bundesgesetzblatt, 285. Verordnung: nderung der kostrom-Einspeisetarifverordnung 2012 (SET-VO 2012), ausgege-ben am 11.11.2014