Für das Ziel einer klimaneutralen Energieversorgung sind noch einige Herausforderungen zu meistern. Einerseits braucht es den massiven Ausbau von Solar- oder Windenergie und andererseits die weitere Technologieentwicklung in Bezug auf Leistung, Zuverlässigkeit und Flexibilität. Darüber hinaus sind saubere, praxiserprobte Lösungen für die Sektorkopplung gefragt. Hier kann Wasserstoff (H2) als zentrale Brücke zwischen der volatilen Energie aus Sonne oder Wind und dem noch immer dominanten kohlenwasserstoffbasierten Energiesystem fungieren.
PH2ÖNIX: Photovoltaik trifft auf Wasserstofftechnologie
(c) Austrian Institute of Technology
Die Produktion von grünem erneuerbarem Wasserstoff ist ein wichtiger Teil der österreichischen Klimapolitik. Der Einsatz von grünem Wasserstoff als Ersatz für fossile Energieträger ist unter anderem für industrielle Prozesse aufgrund ihres hohen Energiebedarfs von großer Bedeutung. Für die Industriebetriebe besteht meist die Notwendigkeit Strom und Wasserstoff am Standort bereitzustellen. Das Forschungsprojekt PH2ÖNIX untersuchte daher den Einsatz von Photovoltaik und Wasserstofferzeugung mit realen Komponenten für Industriestandorte. Gefördert wurde das Projekt im Rahmen unserer Ausschreibung „Muster und Leuchtturmprojekte Photovoltaik“.
Kopplung von PV und Wasserstoff-Elektrolyse
Das Projekt PH2ÖNIX untersucht Systemszenarien für direkte, netzferne Kopplung von PV-Systemen mit Wasserelektrolyseuren. Das Projekt zielt darauf ab, ein photovoltaisches Erzeugungssystem in ein wasserstoffbasiertes Energiesystem zu integrieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Konzepten, bei denen der Elektrolyseur zur Erhöhung seiner Volllaststunden an das Stromnetz angeschlossen wird, bezieht der PH2ÖNIX „P2P H2-Demonstrator“ seinen Strom für die Wasserstoffproduktion daher ausschließlich aus einer PV-Anlage. Ein Teil der erzeugten Energie wird als Wasserstoff gespeichert und in Zeiten ohne PV-Erzeugung effizient und bedarfsgerecht für die Stromversorgung genutzt.
Umsetzung der direkten Kopplung
Strom einer nahegelegenen PV-Dachanlage versorgt zwei Elektrolyseure. Jeder Elektrolyseur hat eine elektrische Leistung von 10 kW. Zwei verschiedene Elektrolysetechnologien werden untersucht: Die PEM- und die neuere AEM-Technologie (Protonenaustauschmembran, engl. proton-exchange membrane, bzw. Anionenaustauschmembran, engl. anion-exchange membrane). Der tagsüber produzierte Wasserstoff wird in Gasflaschen beim Ausgangsdruck der Elektrolyseure von 30 bar gespeichert. In der Nacht oder am späten Nachmittag nutzt eine PEM-Brennstoffzelle mit 8 kW elektrischer Leistung den gespeicherten Wasserstoff zur Stromerzeugung und schließt damit den Kreis der Umwandlung von Strom zu H2 zu Strom (engl. power-to-power, P2P).
Die PV-Anlage auf den Dächern (63 kWp von insgesamt 430 kWp) wurde in verschiedenen Ausrichtungen, Südost und Nordwest installiert, um längere Produktionsstunden während des Tages zu erreichen und richtungsabhängige Erzeugung zu untersuchen.
Forschung mit realen Komponenten
Im Projekt werden verschiedene Forschungsfragen bearbeitet, welche mehrere Komponenten der Kopplung von PV-Systemen und H2-Elektrolysesystemen untersuchen. Dazu zählen unter anderem das Alterungsverhalten moderner PV-Modultechnologien, die Ertragseignung unterschiedlicher PV-Anlagevarianten für H2-Anwendungen, die Eigenverbrauchsanteile im Realbetrieb sowie der Einfluss direkter Systemkopplung auf die H2-Erzeugung.
Der Mehrgewinn dieses Projekts liegt in der Verbesserung von PV-Nutzungspotenzialen durch Energiespeicherung mit Wasserstoff. Dadurch kann PV-Strom auch zu Zeiten mit wenig Sonneneinstrahlung genutzt werden. Das Projekt PH2ÖNIX zeigt somit, wie mit erneuerbaren Energien und innovativen Technologien die Energieversorgung auch in Zukunft nachhaltig und zuverlässig sichergestellt werden kann.