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Klima-Projekt Hamburger Sternwarte Innovative Wasserstoff-Stromspeicher zur autarken Energieversorgung

Die Hamburger Sternwarte will nachhaltiger werden und einen Beitrag zur Energiewende leisten. Dafür setzt sie ein Pilotprojekt um, bei dem Solarenergie auf dem eigenen Gelände in Wasserstoff umgewandelt und gespeichert wird.

Klima-Projekt Hamburger Sternwarte
Hamburger Sternwarte (UHH)

Damit soll zunächst die ebenfalls dort ansässige Montessori-Schule Hamburg energieautark versorgt werden. Der benötigte Strom wird mit Photovoltaikmodulen, die auf den Dachflächen der Klassenräume installiert werden, erzeugt. Da der Sonnenstrom tages- und jahreszeitlich ungleichmäßig generiert wird, ist eine angepasste Speicheranlage notwendig. Als Lösung sollen effiziente und innovative Strom-Speichersysteme auf Wasserstoffbasis aufgebaut werden. Diesen Sommer sollen die ersten Komponenten montiert werden, die Photovoltaikanlage bis Anfang nächsten Jahres.

Begleitet wird die Hamburger Sternwarte bei diesem Vorhaben durch das Competence Center für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz (CC4E) der HAW Hamburg, den Bezirk Bergedorf und die Behörde für Umwelt, Klima, Energie und Agrarwirtschaft der Freien und Hansestadt Hamburg in der Planung und durch das Ingenieurbüro Plan2 und die Fa. Enapter bei der technischen Umsetzung. Finanzielle Unterstützung gewährt die Hamburg Innovation, die das Projekt mit 30.000 € fördert.

Warum Wasserstoff?

Reine Batterielösungen haben immensen Material- und Platzbedarf und sind zudem sehr teuer. Daher sind sie für eine autarke Energieversorgung nicht geeignet. Wasserstoff hingegen hat eine wesentlich höhere Energiedichte und kann problemlos und sicher in Standard-Gasdruckflaschen gespeichert werden.

Wir werden mit handelsüblichen Komponenten ein Energieversorgungssystem aufbauen, das den überschüssigen Sonnenstrom mit Hilfe von Elektrolyse-Modulen zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) nutzt. Das Wasserstoffgas wird in Druckgasflaschen zwischengespeichert und bei Bedarf mit Brennstoffzellen wieder in Strom umgewandelt. Um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sicherzustellen und die Effizienz dieser Speicheranlage zu steigern, wird diese mit einer Pufferbatterie ausgestattet.

Innovation/Digitalisierung

Die Forscher und Mitarbeiter der Sternwarte werden für das Energieversorgungssystem Steuermodule, Steuersoftware und eine anwenderfreundliche Bedienoberfläche entwickeln. Mit dieser intelligenten Steuerung soll eine möglichst hohe Effizienz der Gesamtanlage erzielt werden. Unter anderem werden Leistungskurven, Verbrauchsvorhersagen und Wetterdaten mit der Software ausgewertet.

Hamburger Sternwarte energieautark

Nach erfolgreicher Entwicklung der Stromspeicheranlage für die Montessori-Schule sollen weitere Speichersysteme gleicher Art für die Versorgung aller Sternwartengebäude zum Einsatz kommen. Das auf dem Gelände geplante Seminar- und Laborgebäude soll mit einer sehr leistungsstarken PV-Anlage ausgestattet werden, die den benötigten Strom liefern wird (vgl. Solardachpflicht bei Neubauten in Hamburg ab 2023).

Weiterhin werden wir eine solche H2-Speicheranlage für unser TIGRE-Observatorium in La Luz, Mexiko einsetzen. Auch dort wird dann der Strom mit PV-Modulen erzeugt. Damit kann das Teleskop unhabhängig vom mexikanischen Stromanbieter betrieben werden, was die Versorgungssicherheit des Observatoriums garantiert.

Perspektiven/Marktziele

Die geplanten Anlagen dienen ferner als Prototypen für weitere, auch marktfähige, Anwendungen. Unter anderem sind größere Speicheranlagen für landwirtschaftliche und KMU Betriebe mit vorhandenen PV-Anlagen interessant, da damit der Eigenverbrauch auf 100 Prozent gesteigert werden kann. Dies ist nach dem Ende der Förderungen durch rentable Einspeisevergütungen besonders attraktiv. Zusätzlich entlasten diese lokalen Speicheranlagen das öffentliche Stromnetz. Für die Umsetzung der Energiewende sind leistungsfähige Stromspeicher zudem eine entscheidende Komponente.

Klimaschutz

Stromspeicher sind essentielle Bestandteile zur Nutzung regenerativer Energien. Sie sind notwendig, um eine flächendeckende und sichere Energieversorgung zu gewährleisten. Wir wollen wir mit diesen Projekten einen Beitrag zur Energiewende und somit zum Klimaschutz leisten. Durch den Betrieb der Energieanlage kann die Montessori-Schule im Jahr ca. 10 Tonnen CO2 einsparen. Positiver Nebeneffekt: Die Schüler bekommen einen direkten alltäglichen Einblick, wie die Energiewende erfolgreich im Kleinen praktisch mitgestaltet werden kann.

Über den Autor

Prof. Dr. Robi Banerjee ist Direktor der Hamburger Sternwarte und gleichzeitig Physikprofessor mit Schwerpunkt Theoretische Astrophysik an der Universität Hamburg. Gemeinsam mit seinem Team gehört er dem Exzellenzcluster Quantum Universe an.