Regenerative Energien, Optionen zur Entwicklung netzferner ruraler Gebiete der Tropen und Subtropen by Arnd Zschocke

Arnd Zschocke Student der Agrarwissenschaften Studienrichtung: Ressourcenmanagement

Regenerative Energien Optionen zur Entwicklung netzferner ruraler Gebiete der Tropen und Subtropen Bachelorarbeit im wissenschaftlichen Studiengang Agrarwissenschaften an der Georg-August Universität Göttingen, Fakultät für Agrarwissenschaften

angefertigt im: Department für Nutzpflanzenwissenschaften, Abteilung Agrartechnik

1. Prüfer: Prof. Dr. Wolfgang Lücke 2. Prüfer: Dr. sc. agr. Andreas Block Abgabetermin: 29.09.2006

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung........................................................................................................................................1 2 Stand der Technik..........................................................................................................................2 2.1 Sonnenenergie...........................................................................................................................2 2.1.1 Solarthermie......................................................................................................................2 2.1.2 Solarkollektoren................................................................................................................2 2.1.2.1 Konzentrierende solarthermische Anlagen...............................................................3 2.1.2.2 Aufwindkraftwerke...................................................................................................4 2.1.3 Fotovoltaik........................................................................................................................4 2.2 Biomasse...................................................................................................................................6 2.2.1 Biogas................................................................................................................................7 2.3 Wasserkraft...............................................................................................................................8 2.4 Windenergie............................................................................................................................10 3 Anwendungsmöglichkeiten in ruralen Gebieten.......................................................................11 3.1 Biomasse.................................................................................................................................12 3.1.1 Standortvorraussetzung...................................................................................................13 3.2 Biogas.....................................................................................................................................13 3.2.1 Standortvorraussetzung...................................................................................................15 3.3 Solarthermie............................................................................................................................15 3.3.1 Warmwasserbereitung.....................................................................................................15 3.3.2 Solarkocher ....................................................................................................................16 3.3.3 Solartrockner ..................................................................................................................17 3.3.4 Solardistillen...................................................................................................................17 3.3.5 Solare Kühlung ..............................................................................................................17 3.3.6 Standortvorraussetzung...................................................................................................18 3.4 Fotovoltaik..............................................................................................................................18 3.4.1 Standortvorraussetzung...................................................................................................20 3.5 Wasserkraft.............................................................................................................................20 3.5.1 Elektrischer Strom ..........................................................................................................21 3.5.2 Mechanische Energie .....................................................................................................22 3.5.3 Standortvorraussetzung...................................................................................................23 3.6 Windenergie............................................................................................................................23 3.6.1 Standortvorraussetzung...................................................................................................24 4 Empfehlungen für verschiedene typische Standorte.................................................................25 4.1 Küstenwüsten..........................................................................................................................25 4.1.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................25 4.1.2 Energieoptionen..............................................................................................................25 4.2 Steppen und Savannen............................................................................................................26 4.2.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................26 4.2.2 Energieoptionen..............................................................................................................26 4.3 Bergland..................................................................................................................................27 4.3.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................27 4.3.2 Energieoptionen..............................................................................................................28 4.4 Hochlandwüsten......................................................................................................................29 4.4.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................29 4.4.2 Energieoptionen..............................................................................................................29 4.5 Tropische Bergwälder.............................................................................................................30 4.5.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................30 4.5.2 Energieoptionen..............................................................................................................30

4.6 Tropische Tieflandregenwälder..............................................................................................32 4.6.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................32 4.6.2 Energieoptionen..............................................................................................................32 4.7 Inseln und Küstenregionen.....................................................................................................33 4.7.1 Charakterisierung des Standortes....................................................................................33 4.7.2 Energieoptionen..............................................................................................................33 5 Diskussion......................................................................................................................................34 6 Zusammenfassung........................................................................................................................36 Eidesstattliche Erklärung................................................................................................................37 Literaturverzeichnis............................................................................................................................. Anhang...................................................................................................................................................

Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Schwerkraftanlage, Quelle: [ITDG, 2002b]...................................................................3 Abbildung 2: Vakuum Röhrenkollektor, Quelle: [Solarserver.de, 2006a]...........................................3 Abbildung 3: konzentrierende solarthermische Systeme, Quelle: [Solarpaces.org, 2006]..................4 Abbildung 4: Funktionsprinzip Halbleitersolarzelle: einfallende Photonen erzeugen Elektronen und Löcher, die im elektrischen Feld der Raumladungszone des p-n-Übergangs getrennt werden. Quelle: [Wikipedia: Solarzelle].................................................................................5 Abbildung 5: Max. theoretische Wirkungsgrade verschiedener Halbleitermaterialen in Solarzellen, Quelle: [Solarserver.de, 2006b]..............................................................................................6 Abbildung 6: Strom und Spannung einer Si-Solarzelle bei verschiedenen Bestrahlungsintensitäten, Quelle: [Solarserver.de, 2006b]..............................................................................................6 Abbildung 7: Verschiedene Wege der energetischen Nutzung von Biomasse, Quelle: [Turkenburg et al. 2000].............................................................................................7 Abbildung 8: Die vier Stufen des anaeroben Abbaus; Quelle:[FNR; 2005]........................................8 Abbildung 9: Die unterschiedlichen Wasserturbinenbauarten; Quelle: [IEA 2003]............................9 Abbildung 10: Kennlinienfeld für Wasserturbinen; Quelle: Wikipedia – Wasserturbine (14.08.2006) .................................................................................................................................................9 Abbildung 11: Zusammenhang zwischen Einkommen und Anteil der Energie aus traditioneller Biomasse am Gesamtenergieverbrauch; Quelle: [Karekezi et al. 2004]...............................12 Abbildung 12: Energienutzung in einem normalen (nicht optimierten) Holzfeuerherd; Quelle: [ Holdren et al., 2000]...............................................................................................12 Abbildung 13: Verbesserte Kocher aus Lehm oder Metall; Quelle: [UNHCR, 2002].......................................................................................................13 Abbildung 14: die am weitesten verbreiteten Typen von Biogasreaktoren in Entwicklungsländern; Quelle: [FAO, 1992]............................................................................................................13 Abbildung 15: Schema des Aufbaus eines Polyethylen-Schlauch-Bioreaktors in ländlichen Gebieten; Quelle: [SHI, 2004]..............................................................................................14 Abbildung 16: Die 3 verschiedenen Grundmodelle von Solarkochern; Quelle: [GTZ, 1999] .........16 Abbildung 17: Drei verschiedene Solartrockner; Quellen: [TOOL, 1990] [ITDG, ohne Jahr].........17 Abbildung 18: Schemaskizze einer Solardistille für Wasser; Quelle:[TOOL, 1990]........................17 Abbildung 19: Solarleuchte des Vereins afghanischer Ingenieure und Techniker in Deutschland e.V; Quelle: http://www.afghan-vait.de/.......................................................................................19

Abbildung 20: Schema einer Mikrowasserkraftanlage; Quelle: [Maher, P. & Smith, N. ,2001] ...............................................................................21 Abbildung 21: Funktionsweise eines hydraulischen Widders; Quelle: http://www.lifewater.ca/ram_pump.htm (01.09.2006) ............................................22 Abbildung 22: mechanische und elektrische Windkraftanlagen zum Betrieb von Wasserpumpen; Quelle:[NREL, 2003]............................................................................................................24 Abbildung 23: Klimadiagram von Antofagasta, Quelle: [Klimadiagramme.de]...............................................................................................25 Abbildung 24: Klimadiagramm von Ouagadougou, Quelle: [Klimadiagramme.de]...............................................................................................26 Abbildung 25: Klimadiagramm von Mukteswar, Quelle: [Klimadiagramme.de]...............................................................................................27 Abbildung 26: Klimadiagramm von Oruro; Quelle: [wetter-und-klima.de]......................................29 Abbildung 27: Klimadiagramm von Puyo; Quelle: [Klimadiagramme.de].......................................30 Abbildung 28: Klimadiagramm von Leticia; Quelle: [Klimadiagramme.de]....................................32 Abbildung 29: Klimadiagramm von Male; Quelle: [Klimadiagramme.de].......................................33

Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Wirkungsgrade verschiedener Siliziumformen in Solarzellen; Quelle: [Solarserver.de, 2006]..............................................................................................................5 Tabelle 2: Input und Output von 31 Polyethylen-Schlauch-Biogasreaktoren in Vietnam; Quelle: [An, B. X. et al., 1997b].....................................................................................................................14

1 Einleitung Die Welt ist heute stärker als je zuvor polarisiert. In den reichen Ländern des Nordens leben die meisten Menschen im Wohlstand. Sie genießen eine gute Ausbildung, ein effizientes Gesundheitssystem, moderne Kommunikations- und Straßennetze und nicht zuletzt preiswerte und überall verfügbare Energie dank eines komplett ausgebauten Stromnetzes und ausreichendem Zugang zu fossilen Brennstoffen. In den armen Ländern des Südens dagegen kann nur eine kleine urbane Oberschicht einen solchen Lebensstil pflegen, während, vor allem in den ruralen Gebieten, die Armut regiert. Einer 1993 durchgeführten Studie zufolge leben 1,3 Milliarden Menschen in Entwicklungsländern von weniger als 1 $ US pro Tag (das waren 30 % der Gesamtbevölkerung dieser Länder), 20 % haben keinen Zugang zum Gesundheitssystem, 30 % haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser und 61 % keinen Zugang zu hygienischen sanitären Einrichtungen. Die Alphabetisierungsrate und die Lebenserwartung sind niedrig. 2 Milliarden Menschen kochen ihr Essen mit Biomasse als Energieträger und 1,7 Milliarden haben keinen Zugang zu elektrischem Strom [Amulya K.N. Reddy et al., 2000]. Energie ist ein Schlüsselthema für die Entwicklung dieser Menschen, denn mit ausreichend preiswerter Energie könnte Trinkwasser gepumpt und gereinigt, Nahrungsmittel könnten verarbeitet und medizinische Versorgung könnte sichergestellt werden. Telekommunikation und Transport ermöglichen eine stärkere Anbindung an Märkte und Energie treibt Verarbeitungs- und Produktionsprozesse, die Einkommen generieren können an. Meist ist jedoch die Erweiterung des zentralen nationalen Stromnetzes und die Elektrifizierung von entlegenen Gebieten, Dörfern und Einzelhaushalten ökonomisch nicht sinnvoll und durch die überschuldeten Staatshaushalte auch nicht finanzierbar. Auch die Versorgung mit fossilen Brennstoffen kann aufgrund schlecht ausgebauter Straßennetze schwierig und sehr teuer sein. Also müssen in ruralen Gebieten von Entwicklungsländern andere Wege eingeschlagen und es muß nach anderen Optionen für die Energieversorgung gesucht werden. Es müssen Energiequellen genutzt werden, die vor Ort verfügbar sind. Dabei handelt es sich sehr oft um Biomasse. Allerdings wird diese nur zum Kochen und Heizen verwendet, was in unbelüfteten Räumen oft aufgrund der bei unvollständiger Verbrennung entstehenden Gase zu Atemwegserkrankungen führt. Es geht also darum, saubere, gesunde, effektive und preiswerte regenerative Energiequellen zu erschließen. In dieser Arbeit will ich die Technik und die Möglichkeiten beschreiben, wie solche Energien im oben skizzierten Kontext eingesetzt werden können. Ich möchte die Optionen aufzeigen, die für die dezentrale Energieversorgung unter verschiedenen Klimabedingungen in den Tropen und Subtropen bestehen.

2 Stand der Technik 2.1

Sonnenenergie

Die Sonne ist die wichtigste Energiequelle und der Ursprung der meisten vom Menschen auf der Erde genutzten Energie. Die Strahlung der Sonne hat an der Grenze zur Atmosphäre eine Intensität von ca. 1367 W/m² (Solarkonstante). Durch die Geometrie der Erde und ihre Rotation kommt man auf eine durchschnittliche Bestrahlungsstärke von einem Viertel der Solarkonstanten bzw. 342 W/m². Die maximale Bestrahlungsstärke auf der Erdoberfläche wird bei unbewölktem Himmel erreicht, wenn die Sonne senkrecht steht. Bei dieser Idealsituation geht aber trotzdem noch Energie durch Streuung, Absorption und Reflexion in der Atmosphäre verloren, sodaß der Wert der Solarkonstanten auf der Erdoberfläche nie erreicht wird. So liegt die max. Einstrahlung bei etwa 1000 W/m². Die Intensität der Einstrahlung auf der Erdoberfläche hängt von der Tages- und Jahreszeit, der geographischen Breite, der Höhe über dem Meeresspiegel und den Wetterbedinungen ab [Quaschning, V. 1998]. Man unterscheidet zwischen direkter und diffuser Strahlung. Diffuse Strahlung ist die Strahlung, die in der Atmosphäre von Staubpartikeln, Nebel und anderen Phänomenen gebrochen wird und so nicht direkt den Boden erreicht. Sie macht an sonnigen Tagen etwa 15 % – 20 %

der

Gesamtstrahlung

aus

und

bei

vollständig

bedecktem

Himmel

100 %

[ITDG, 2002a].

2.1.1

Solarthermie

Der Begriff Solarthermie umfasst alle technischen Anlagen, die Sonnenstrahlung auffangen und ihre Energie direkt in nutzbare Wärme umwandeln. Diese Wärme kann dann entweder direkt zur Heizung von Räumen oder Wasser genutzt werden oder, wenn sie konzentriert wird, zur Bereitstellung von Prozesswärme und elektrischem Strom. Die max. Kapazität bei allen Anlagen liegt bei etwa 0,7 kW/m² [Philibert C. 2005]. Man unterscheidet zwischen zwei Gruppen: Solarkollektoren, die die auf ihrer Absorberfläche einfallende Strahlung in Wärme umwandeln und abführen und Systeme, die die Strahlung einer größeren Fläche mittels Spiegeln oder Linsen auf einen Absorber konzentrieren und damit deutlich höhere Temperaturen erzielen. Dabei ist zu beachten, daß konzentrierende Systeme nur direkte Strahlung nutzen können, während Solarkollektoren auch die diffuse Strahlung in Wärme umwandeln können.

2.1.2

Solarkollektoren

Das Prinzip der Solarkollektoren beruht darauf, daß dunkle Materialien Sonnenstrahlen absorbieren und in Wärme umwandeln. Diese Materialien nennt man Absorber. Da die Wärme jedoch meistens nicht am gleichen Ort und zur gleichen Zeit genutzt werden soll, braucht man ein Medium, 2

um die absorbierte Wärme abzuführen und zu speichern. Dazu sind Fluide geeignet. In der Praxis werden meist Wasser, Luft oder technische Flüssigkeiten (z.B. Wasser mit Frostschutz) genutzt. Um Wärmeverluste zu verringern werden die Absorber meist durch eine transparente Abdeckung von der Außenatmosphäre isoliert, was zu einem Treibhauseffekt im Inneren des Kollektors führt. Die besten Wirkungsgrade erreicht man mit sog. Vakuum-Röhrenkollektoren bei denen Absorber und Speicherflüssigkeitsrohre zusammen in einem Vakuumrohr aus Glas liegen.[Quaschning, V. 1998] (siehe Abbildung 2).Das durch den Kollektor erwärmte Wasser wird entweder in Wasserspeichern direkt gespeichert oder die Wärme wird über einen Wärmetauscher abgegeben. Wenn der Speicher oberhalb des Kollektors angebracht ist zirkuliert die Flüssigkeit im Kollektor durch die Erwärmung von selbst und man spricht von einer Schwerkraftanlage (Siehe Abbildung 1). Falls der Speicher unterhalb des Kollektors liegt, muss der Kreislauf durch Pumpen erzeugt werden.

Abbildung 2: Vakuum Röhrenkollektor, Quelle: [Solarserver.de, 2006a]

Abbildung 1: Schwerkraftanlage, Quelle: [ITDG, 2002b] 2.1.2.1 Konzentrierende solarthermische Anlagen Konzentrierende solarthermische Anlagen erzielen hohe Temperaturen indem sie das direkt einfallende Sonnenlicht bündeln. Die dabei entstehenden hohen Temperaturen können genutzt werden, um Dampfturbinen oder Stirlingmotoren anzutreiben und auf diese Weise elektrischen Strom zu produzieren. Die Bündelung der Sonnenstrahlung geschieht entweder durch große Felder von Spiegeln (Heliostaten), die die einfallende Strahlung auf einen zentralen Punkt reflektieren oder durch Parabolspiegel, die auch jeweils einen Brennpunkt fixieren. Eine weitere Möglichkeit stellen Parabolspiegelrinnen dar, die ein Absorberrohr fokussieren. All diese Anlagen sind technisch aufwendig und dadurch auch teuer, weil die Spiegel oder Absorber der Sonne nachgeführt werden müssen. Sie werden deshalb meistens als Großanlagen im Megawattbereich gebaut[Philibert C. 2005]. Abbildung 3 zeigt die verschiedenen konzentrierenden Techniken. 3

Abbildung 3: konzentrierende solarthermische Systeme, Quelle: [Solarpaces.org, 2006]

2.1.2.2

Aufwindkraftwerke

Abschließend sollen noch die Aufwindkraftwerke kurz erläutert werden. Dabei handelt es sich ebenfalls um große Anlagen zur Erzeugung von elektrischem Strom. Sie machen sich die Tatsache zunutze, daß warme Luft aufsteigt. Ein große Fläche wird transparent überdacht und so entsteht darunter eine Art Treibhaus, das an den Seiten offen ist. In der Mitte dieser Fläche steht ein hoher Kamin, durch den die erhitzte Luft nach oben entweicht und dabei eine Turbine antreibt [Quaschning, V. 1998].

2.1.3

Fotovoltaik

Der Begriff Fotovoltaik beschreibt Techniken, bei denen Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umgewandelt wird. Dies geschieht mittels Solarzellen, die aus Halbleitermaterialien gefertigt sind. Die Umwandlung erfolgt aufgrund des von Alexander Bequerel 1839 entdeckten Photoeffekts. Der Photoeffekt beschreibt die Freisetzung von positiven und negativen Ladungsträgern in einem Festkörper durch Lichteinstrahlung. In Solarzellen wird dieser Effekt nutzbar gemacht [Quaschning, V. 1998]. Die Kristallgitter der Halbleitermaterialien werden hierzu zunächst mit Störstellen aus unterschiedlichen chemischen Elementen, entweder positiv (n) mit Elementen der III. Hauptgruppe oder negativ (p) mit Elementen der V. Hauptgruppe, dotiert. Dann wird eine Schicht n-dotiertes Halbleitermaterial über eine Basisschicht p-dotiertes Halbleitermaterial gelegt. An der Grenzschicht der beiden ist ein pn-Übergang, die sog. Raumladungszone, in der ein elektrisches Feld entsteht. Fällt nun Licht auf die Schichten werden durch den Photoeffekt Ladungsträger freigesetzt die zu dem elektrischen Feld der Raumladungszone wandern und von dort zu elektrischen Verbrauchern abgeführt werden können. Abbildung 4 veranschaulicht diesen Prozess und zeigt, daß der

nutzbare Lichtanteil umso größer ist, je dünner die n-dotierte Halbleiterschicht ist. [Quaschning, V. 1998]

Abbildung 4: Funktionsprinzip Halbleitersolarzelle: einfallende Photonen erzeugen Elektronen und Löcher, die im elektrischen Feld der Raumladungszone des p-n-Übergangs getrennt werden. Quelle: [Wikipedia: Solarzelle] In den meisten Solarzellen wird Silizium als Halbleitermaterial verwendet aber es gibt auch Solarzellen aus anderen Halbleitern, die andere Spektralbereiche der Strahlung in Strom umwandeln können. Um das Spektrum der nutzbaren Strahlung zu maximieren, werden in Tandem- oder Stapelzellen Schichten verschiedener Halbleiter übereinander angeordnet. Das Silizium kann in in unterschiedlicher Form verwendet werden als monokristalines, polykristalines oder amorphes Silizium, mit jeweils schlechterem Wirkungsgrad aber produktionstechnischen Erleichterungen bzw. Kostenvorteilen (siehe Tabelle 1) Die gelieferte Spannung ist in allen Fällen recht konstant. Beim Silizium beträgt sie 0,5 V. Mit der Beleuchtungsstärke steigt allerdings der Strom wie in Abbildung 6 für eine Siliziumsolarzelle dargestellt. Werden einzelne Zellen in Reihe geschaltet addieren sich die Spannungen und man spricht von einem Solarmodul. Die Wirkungsgrade von Solarzellen haben eine theoretische Obergrenze die man an Abbildung 5 ablesen kann. Die Linie gibt die zur Zeit Tabelle 1: Wirkungsgrade verschiedener Siliziumformen in Solarzellen;

Quelle: [Solarserver.de, 2006b]. 5

praktisch erreichten Wirkungsgrade für die jeweiligen Halbleitermaterialien an. Am wirkungsvollsten funktionieren Solarzellen, wenn sie der Sonne so nachgeführt werden, daß diese immer senkrecht auf sie einstrahlt. Solche Nachführeinrichtungen schlagen sich allerdings in erhöhtem technischem Aufwand und Investitionskosten nieder. [Quaschning, V. 1998]

Abbildung 5: Max. theoretische Wirkungsgrade verschiedener Halbleitermaterialen in Solarzellen, Quelle: [Solarserver.de, 2006b]

2.2

Abbildung 6: Strom und Spannung einer Si-Solarzelle bei verschiedenen Bestrahlungsintensitäten, Quelle: [Solarserver.de, 2006b]

Biomasse

Mit dem Begriff Biomasse werden Energieträger bezeichnet, die aus biologischen Prozessen stammen und nicht fossil sind. Sie können sowohl im natürlichen Zustand als auch verarbeitet zur thermischen oder elektrischen Bereitstellung von Energie genutzt werden. Hauptvertreter dieser Gruppe sind Holz und Holzabfälle, landwirtschaftliche Abfallprodukte und desweiteren organische Siedlungsabfälle u.ä. [IEA, 2006]. Aus Biomasse wird ein Großteil der weltweit verbrauchten Energie gewonnen (etwa 9 % – 13 % [Turkenburg et al. 2000]), wobei der größte Anteil auf ländliche Gebiete von Entwicklungsländern entfällt, wo Biomasse noch der Hauptenergieträger für etwa 2,4 Mrd. Menschen (1/3 der Weltbevölkerung) ist [Karekezi et al. 2004]. Es gibt verschiedene Wege, die Biomasse in Energie umzuwandeln. Der einfachste ist die Verbrennung im offenen Feuer zur thermischen Nutzung. Die Hitze der Verbrennung kann auch genutzt werden, um Dampfdruck zu erzeugen und mit diesem Turbinen zur Stromgewinnung anzutreiben. Bei hoher Hitze und wenig Sauerstoffzufuhr erfolgt die sog. Pyrolyse, bei der die Biomasse je nach Temperatur und Luftzufuhr in Brenngase zur Verwendung in Verbrennungsmotoren, flüssige Öle zur Verbrennung in Kraftwerken und Motoren oder Holzkohle umgewandelt wird. Ein anderer Weg der Umsetzung erfolgt über biochemische Prozesse. Organische Substanz mit hohem Flüssigkeitsanteil wird von Bakterien bzw. Pilzen entweder in Biogas (Methan + CO2) oder Alkohol (Ethanol) umgewandelt. Die letzte Mög-

lichkeit der Nutzung ist die Nutzung von ausgepreßtem Pflanzenöl in Motoren, entweder pur oder raffiniert als Dieselersatz[IEA 2003]. Abbildung 7 Zeigt eine Übersicht über die verschiedenen Wege der energetischen Nutzung von Biomasse.

Abbildung 7: Verschiedene Wege der energetischen Nutzung von Biomasse, Quelle: [Turkenburg et al. 2000]

2.2.1

Biogas

Biogas entsteht bei der anaeroben Vergärung von organischem Material. In einem 4 stufigen Prozess werden Kohlehydrate, Fette, Eiweiße und komplexe organische Verbindungen von unterschiedlichen Bakteriengruppen zu CH4 und CO2 umgewandelt. Diese beiden Gase sind die Hauptbestandteile vom Biogas, das auch noch weitere Spurengase enthält, von denen insbesondere H 2S und Wasserdampf hervorzuheben sind. Die genaue Zusammensetzung hängt dabei stark von den jeweiligen Ausgangssubstraten und Prozessparametern wie Temperatur, pH-Wert, C/N-Verhältnis, Trockenmasseanteil und Verweildauer im Vermenter ab. Abhängig von der Prozesstemperatur unterscheidet man zwischen psychrophiler (bis 25°C), mesophiler (bei etwa 32°C – 42°C) und thermophiler (bei etwa 50°C – 57°C) Gärung, wobei jeweils verschiedene Bakteriengruppen für den Prozess verantwortlich sind.[FNR; 2005]

Bei der thermophilen Gärung läuft der Prozess am schnellsten ab. Liegt der Trockenmasseanteil über 15% spricht man von einer festen Vergärung. Je dünnflüssiger das Substrat, desto mehr Methan ist im Biogas enthalten [Kaltschmitt & Hartmann; 2001]. Der optimale pH-Wert liegt im Gärbehälter zwischen 6,8 und 7,5 das C/NVerhältnis zwischen 10 und 30 [FNR; 2005]. Abbildung 8 zeigt die vier verschieden Stufen des Biogasprozesses an denen jeweils unterschiedliche Bakteriengruppen beteiligt sind.

2.3

Wasserkraft

Wasserkraft ist die derzeit bei weitem am häufigsten genutzte Quelle erneuerbarer Energie. Sie machte 2001 16,5% der weltweiten Stromerzeugung aus. Den Hauptan-Abbildung 8: Die vier Stufen des anaeroben Abbaus; Quelle:[FNR; 2005] teil davon tragen die Großanlagen, aber viele Kleinwasserkraftanlagen bis 10 MWel tragen auch etwa 1% zur Weltstromversorgung bei [UNDP; 2004]. Die Kleinwasserkraft unterteilt man nach der Leistung noch in Klein(-10MW el), Mini- (-1 MWel), Micro- (-100 kWel) und Picoanlagen (-5 kWel) [ESHA; 2006]. Bei der Nutzung wird die kinetische Energie des Wassers durch Turbinen in mechanische Energie und durch nachgeschaltete Generatoren in elektrische Energie umgewandelt. Die Wirkungsgrade liegen bei neuen Anlagen bei über 90 %. Bei den kleinen und alten Anlagen sind sie mit 60 % bis 85 % meist geringer [IEA 2003]. Die kinetische Energie hängt hauptsächlich vom Höhenunterschied H [m] zwischen Zulauf (Oberwasser) und Ablauf (Unterwasser) und dem Durchflußvolumen Q [m³/s] ab. Als Faustzahl kann man die potenzielle elektrische Leistung Pel [kW] nach dieser Gleichung berechnen: P = 7QH [IEA 2003] (1) Darin sind: P = el. Leistung in kW Q = Durchflußvolumen in m³/s H = netto Höhenunterschied in m (kinetische Verluste in Rohrleitungen abgezogen)

Man unterscheidet grundlegend zwischen 2 unterschiedlichen Anlagentypen: Anlagen mit großem Höhenunterschied und Anlagen mit geringem Höhenunterschied und dafür großem Durchfluß. Je nach Höhe und Durchflußvolumen wählt man auch die Turbine aus, wobei bei Großanlagen die Turbinen immer speziell für das Projekt gefertigt werden. Es haben sich im Laufe der Entwicklung 3 unterschiedliche Turbinentypen entwickelt: Francis-, Kaplan- und Peltonturbinen (vgl. Abbildung 9). Es gibt auch noch andere Turbinen, die jedoch vom Funktionsprinzip her den oben genannten ähnlich sind. Man kann sie in zwei Klassen aufteilen: Überdruck- und Gleichdruckturbinen. Francis- und Kaplanturbinen sind Überdruckturbinen. Überdruckturbinen arbeiten in einer geschlossenen Druckkapsel und sind vollständig vom Wasser umgeben. Die Peltonturbine und das Wasserrad sind Gleichdruckturbinen. Auf sie trift das Wasser bei Umgebungsdruck, wodurch Herstellung und Wartung deutlich erleichtert werden[ESHA; 2006]. An Abbildung 10 kann man ersehen, welcher Turbinentyp für welche Standorte am besten geeignet ist.

Abbildung 9: Die unterschiedlichen Wasserturbinenbauarten; Quelle: [IEA 2003]

Abbildung 10: Kennlinienfeld für Wasserturbinen; Quelle: Wikipedia – Wasserturbine (14.08.2006) 9

2.4

Windenergie

Wind entsteht durch Temperaturunterschiede und die daraus folgenden Druck- und Dichteunterschiede der Luft. Es gibt globale Windsysteme, die mit der unterschiedlichen Sonnenbestrahlung und Aufwärmung der Luft-, Land- und Wassermassen der verschiedenen Breitengrade zu unterschiedlichen Jahreszeiten zusammenhängen und es gibt lokale Winde, wie z.B. See- und Landwinde, die auf tageszeitlichen Temperaturschwankungen beruhen. Die Energie des Windes ist die kinetische Energie der Luftmoleküle und hat für eine Kreisfläche folgende Formel: [DWIA, 2003]

(2)

Darin sind: E = Energie [J] r = Radius der Kreisfläche [m] p = Dichte der Luft [kg/m³] v = Luftgeschwindigkeit [m/s] t = Zeit [s] Man kann der Gleichung entnehmen, daß die Energie im Quadrat des Radius und mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit steigt. Eine Windkraftanlage kann diese Energie durch ihre Rotorblätter in Drehenergie umwandeln, die dann über eine Welle einen Generator antreiben kann. Dabei kann allerdings nicht die gesamte Windenergie genutzt werden. Entzöge man dem Wind die gesamte Energie, so käme er zum Stehen und könnte so keine Energie mehr nachliefern. Die maximal nutzbare Windenergie wird mit den Betz'schen Leistungsbeiwert berechnet und beträgt 16/27 oder 59 % der Gesamtwindenergie. Anders ausgedrückt: Das Leistungsmaximum wird erreicht, wenn der Wind durch die Anlage auf 1/3 seiner Ursprungsgeschwindigkeit abgebremst wird. Der technische Wirkungsgrad einer Windkraftanlage kann entweder als Quotient aus abgegebener Leistung und Gesamtwindleistung oder Maximalleistung nach Betz angegeben werden [DWIA, 2003]. Windenergieanlagen haben meistens einen Mechanismus, der sie in den Wind dreht. In Deutschland haben neu installierte Windkraftanlagen eine Durchschnittsleistung von 1395 kW. Einige Anlagen liegen im Multimegawattbereich mit Rotordurchmessern von über 80 m, bei einem durchschnittlichen Preis pro kW installierte Leistung von 850 – 1700 $ US/kW.[IEA 2003]

3 Anwendungsmöglichkeiten in ruralen Gebieten Da hier die Anwendungsmöglichkeiten in ruralen, netzfernen Gebieten der Tropen und Subtropen behandelt werden, ist es klar, daß möglichst einfache und störungsunanfällige Technik zum Einsatz kommen muss. Außerdem sollten die Kosten für Installation und Betrieb der Anlagen in einem Rahmen bleiben, den die örtliche Bevölkerung selbst finanzieren könnte. Energie spielt eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung von Armut. Die Energie wird in unterschiedlichen Formen genutzt: Elektrische Energie ermöglicht den Betrieb von Glühbirnen, die z.B. das Lesen von Büchern auch in der Nacht ermöglichen. Es können Radios betrieben werden, die einen wichtigen Beitrag zur Information der Bevölkerung aber auch zur Unterhaltung liefern. Funkgeräte stellen einen Kommunikationsweg zur Außenwelt dar. Kühlschränke halten Lebensmittel und auch wichtige Arzeneimittel frisch. Desweiteren liefert Strom eine Fülle von Möglichkeiten zur Erleichterung der täglichen Arbeiten oder Ermöglichung der Produktion von Waren für den Markt und somit zur Schaffung einer Existenzgrundlage. Wärmeenergie wird hauptsächlich für das Zubereiten von Mahlzeiten und Raumwärme genutzt. Wärme kann auch zur Pasteurisierung von Wasser, Sterilisation von medizinischen Geräten oder Erzeugung von Kälte genutzt werden. Für manche Verarbeitungsprozesse wird Prozesswärme benötigt. Die Beschaffung von traditionellem Brennmaterial kann mehrere Stunden pro Tag in Anspruch nehmen, Zeit die für andere Tätigkeiten verloren geht. Der Rauch von offenem Feuer ist gesundheitsschädlich und es wird geschätzt, daß pro Jahr etwa 2,5 Mio Menschen an den Folgen von Rauch von offenen Feuern sterben [Greenpeace; ohne Jahr]. Außerdem hat das Sammeln von Feuerholz teilweise schwerwiegende ökologische Folgen. Kinetische Energie Energie kann in einer Vielzahl von Anwendungen vor allem durch Handwerker genutzt werden, so z.B. in Sägemühlen, Zuckerrohrpressen oder Öhlmühlen. Auch das Pumpen von Wasser ist eine wichtige Anwendung. Die im Folgendem beschriebenen einfachen Techniken sind nach Art der Energiequelle geordnet und können zum Teil unterschiedliche Energieformen liefern.

3.1

Biomasse

Biomasse ist traditionell der Hauptenergieträger in netzfernen ruralen Gebieten der Tropen und Subtropen. Meist in Form von Feuerholz in offenen Feuern oder einfachen Öfen verbrannt, dient sie hauptsächlich dem Kochen von Mahlzeiten und der Erzeugung von Raumwärme. Dabei ist ein wichtiger Faktor, daß diese Energiequelle meist gratis zur Verfügung steht und somit für die ar-Abbildung 11: Zusammenhang zwischen Einkommen und Anteil der Energie aus traditioneller Biomasse am men Bevölkerungsschichten zuGesamtenergieverbrauch; Quelle: [Karekezi et al. 2004] gänglich ist. Abbildung 11 zeigt den Zusammenhang zwischen Einkommen und dem Gebrauch von traditioneller Biomasseenergie. Der Gebrauch von traditioneller Biomasse in einfachen Feuerstellen ohne Kamin ist gesundheitsschädlich und häufig uneffektiv. Ein erster Ansatz ist die Einführung verbesserter Öfen und Kocher, in denen der Brennstoff möglichst sauber und effizient verbrennt. Es gibt eine Vielzahl von effizienten Öfen und Kochern, die alle einige wichtige Gemeinsamkeiten haben: der Brennstoff verbrennt heiß und sauber, die Brennkammer ist nach außen isoliert, die Luftzufuhr ist geregelt, die Hitze geht direkt auf den Topf über und es gibt einen Kamin. Abbildung 12 verdeutlicht die Energieverluste und zeigt, daß das größte Optimierungspotenzial in der Isolierung und direkten Wärmezuführung zum Topf liegt. Zu erwähnen ist auch die effizientere Herstellung von Holzkohle und Holzkohlebriketts aus Holz bzw. leichterer grüner Biomassse und Abfällen. Die Technik der Biomassevergasung ist relativ aufwendig und oft zu teuer für die rurale Bevölkerung, weshalb sie hier nicht weiter ausgeführt wird.

Abbildung 12: Energienutzung in einem normalen (nicht optimierten) Holzfeuerherd; Quelle: [ Holdren et al., 2000]

3.1.1

Standortvorraussetzung

Verbesserte Herde und Öfen können überall eingeführt werden, wo mit Biomasse gekocht und geheizt wird. Der Bedarf ist jedoch in den Gegenden am größten, in denen Brennstoffmangel herrscht und die Bevölkerung auf den Kauf von Brennstoff angewiesen ist. Es gibt viele sehr einfache Ausführungen von verbesserten Kochern, wie z.B den aus Lehm in Afrika hergestellen Abbildung 13: Verbesserte Kocher aus Lehm oder Metall; UPESI oder Mandaleo Kocher (Abbildung 13 links), derQuelle: [UNHCR, 2002] nur etwa 1 $ US kostet und bis zu 50 % des Feuerholzes verglichen mit einem offenen Feuer einspart, oder den aus Metall hergestellten Jiko Kocher (Abbildung 13 rechts) [UNHCR, 2002].

3.2

Biogas

Der Prozess der anaeroben Vergärung kann gut im ländlichen Raum genutzt werden, da durch Viehhaltung genügend verwendbares Substrat zur Verfügung steht. Das Biogas wird meist als Brenngas zum Kochen verwendet. Der Gärrückstand ist ein guter Dünger.[Preston, T.R. & Rodríguez, L., 2002] Es stehen verschiedene Systeme zur Auswahl, die am weitesten verbreiteten sind

indisches Modell

chinesisches Modell

taiwanesisches Modell Abbildung 14: die am weitesten verbreiteten Typen von Biogasreaktoren in Entwicklungsländern; Quelle: [FAO, 1992] 13

der chinesische Biogasreaktor mit starrer Kuppel, der indische mit schwimmender Kuppel, und ein aus Taiwan stammendes Design in Form eines länglichen Plastikschlauches. Abbildung 14 zeigt Grafiken der verschiedenen Modelle. Der chinesische und indische Typ wurden durch Regierungsprogramme massiv gefördert und haben weite Verbreitung in den jeweiligen Ländern gefunden. Leider sind sie relativ aufwendig in der Konstruktion und dementsprechend teuer. Der chinesische Typ ist häufig, da die Kuppel gemauert ist und beim indischen Typ macht die Kuppel aus Metall oder Glasfaser fast die Hälfte der Kosten aus. [FAO, 1992]. Als preiswerteste und einfachste Alternative hat sich das taiwanesische Modell herausgestellt. Es wurde vereinfacht und an lokale Verhältnisse angepasst. Heutzutage wird als Material für den Schlauch verbreitet Polyethylen eingesetzt [An, B. X. et al., 1997a]. Die Kosten sind so niedrig, daß lokale Bauern in Vietnam und Kambodscha ihre Anlagen selbst finanzieren können und der Aufbau ist so einfach, daß die Bauern sich gegenseitig bei der Konstruktion und Wartung helfen können. In Vietnam sind die Materialkosten pro m³ Fassungsvermögen bei etwa 7 $ US was für einen 5,4m³ Reaktor eine Materialpreis von 37,8 $ US ergibt. Die Schläuche haben meist einen Durchmesser von 80 cm – 125 cm (je nach auf dem Markt verfügbarem Material) und eine Länge von 3 m – 10 m [An, B. X. et al., 1997a]. Die Dimensionierung richtet sich nach der verfügbaren Substratmenge und der geplanten Aufenthaltszeit im Reaktor. Diese wiederum richtet sich nach der Temperatur und liegt bei durchschnittlich 30 Tagen. Die besten Gasausbeuten erzielt man bei einer Beschickung mit 2 kg TM / Tag. Dabei ist soviel Wasser zuzufügen, daß ein TM-Gehalt von 6 - 8 % zustande kommt. Eine Faustregel besagt, Tabelle 2: Input und Output von 31 Polyethylen-Schlauch-Biogasreaktoren in Vietnam; Quelle: [An, B. X. et al., 1997b]

Abbildung 15: Schema des Aufbaus eines Polyethylen-Schlauch-Bioreaktors in ländlichen Gebieten; Quelle: [SHI, 2004]

daß der Mist von 4 – 5 Schweinen aus, um eine vier- bis fünfköpfige Familie mit genug Gas zum Kochen zu versorgen[An, B. X. und Preston, T. R., 1999]. Tabelle 2 zeigt typische Betriebsparameter von Polyethylen-Schlauch-Biogasreaktoren in Vietnam, wo sie einen weite Verbreitung gefunden haben. Ein weiterer Vorteil von Biogasreaktoren ist der Gärrückstand, der als Flüssigdünger entweder in einen Teich geleitet werden kann, um Wasserpflanzen und Fische zu produzieren oder auf Felder und Beete aufgebracht wird. Pathogene und Geruch werden im Prozess dezimiert. [Preston, T.R. & Rodríguez, L., 2002]. Abbildung 15 zeigt den einfachen Aufbau einer Biogasanlage mit Plastikschlauchreaktor.

3.2.1

Standortvorraussetzung

Die oben besprochenen preiswerten Plastik-Biogasreaktoren können überall eingesetzt werden, wo Vieh gehalten wird und der Dung gesammelt werden kann. Auch Latrinen können an das System angeschlossen werden. Eine entscheidende Rolle spielt die Temperatur. Je kühler es ist desto langsamer geht der Prozess vonstatten. In Höhenlagen mit starken Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht wird der Prozeß deutlich verlangsamt. Weiterhin muß genügend Wasser vorhanden sein, um die entsprechende Menge an Flüssigkeit hinzuzufügen.

3.3

Solarthermie

Die Solarthermie bietet viele Möglichkeiten mit geringem technischem und finanziellem Aufwand die Energiebedürfnisse der Menschen ruraler Gebiete in Entwicklungsländern zu befriedigen. Wasser kann erhitzt aber auch gereinigt und entsalzt werden. Feldfrüchte können getrocknet und so konserviert werden oder die Wärme läßt sich Kälte umwanden mit der man einen Kühlschrank betreiben kann.

3.3.1

Warmwasserbereitung

Warmwasserbereitung wurde in Kapitel 2.1.1.1. schon besprochen und die einfachste und preiswerteste Alternative ist es, ein schwarz angestrichenes und mit Wasser gefülltes Fass oder einen schwarzen Schlauch in die Sonne zu legen. Eine Schwerkraftanlage als Dachinstallation kann fließendes warmes Wasser ins Haus liefern. Allerdings braucht man dafür eine Pumpe oder eine Wasserleitung mit Druck um das kalte Wasser in den Tank auf das Dach zu bringen. Oft sind solche Voraussetzungen nicht gegeben, und warmes Wasser zum Duschen stellt schließlich auch nicht die oberste Priorität dar. Viel wichtiger ist das Abkochen oder mindestens das Pasteurisieren (bei über 65° C) von mit Keimen belastetem Trinkwasser. Es können 3,1 % (1,7 Mio) der weltweiten Todes-

fälle pro Jahr auf unsauberes Trinkwasser zurückgeführt werden wobei 99,8 % davon auf Entwicklungsländer entfallen und 90 % der Betroffenen Kinder sind [WHO, 2002].

3.3.2

Solarkocher

Solarkocher können verwendet werden, um Wasser abzukochen oder zu pasteurisieren, und natürlich zum Zubereiten warmer Speisen. Es gibt sehr viele unterschiedliche Modelle aber im Grunde kann man sie alle in 3 Kategorien unterteilen: Boxkocher, Konzentrationskocher und Kollektorkocher. Abbildung 16 zeigt schematisch den Aufbau der drei Typen und erklärt kurz ihre Funktionsweise. Dabei ist zu beachten, daß Konzentratorkocher nur mit direkter Sonnenbestrahlung funktionieren, während Box- und Kollektorkocher auch diffuse Strahlung noch in Wärme umwandeln können, und diese auch besser speichern, als der zu allen Seiten der Konvektion ausgesetzte Konzentratorkocher. Gute Solarkocher können Temperaturen von bis zu 198° C erreichen, Wasser in 6 Minuten

von

40° C

auf

96° C

erhitzen

und

bis

65 l

Wasser

Tag

kochen

[GTZ, 1999]. Ein weiterer Vorteil ist, daß sie nicht beaufsichtigt werden müssen, da die Temperaturen nicht ausreichen, um Gerichte anbrennen zu lassen. Die meisten Modelle sind durch lokale Handwerker und mit lokalen Materialien preiswert herstellbar, wobei es auch zwischen ihnen große Preis- und Qualitätsunterschiede. Nachteilig sind die oft langen und unvorhersehbaren Kochzeiten und die Einschränkung der Nutzungmöglichkeit auf den Tag. Es gibt es zuweilen kulturelle Barrieren, Kochgewohnheiten an diese Einschränkungen anzupassen. Daher erfolgt die Nutzung von Solarkochern zumeist in Ergänzung mit anderen Energiequellen[GTZ, 1999].

Abbildung 16: Die 3 verschiedenen Grundmodelle von Solarkochern; Quelle: [GTZ, 1999] 16

3.3.3

Solartrockner

Solartrockner können eingesetzt werden um Erntegut zu trocknen und so zu konservieren. Die einfachste Form der Solartrocknung ist das Ausbreiten des Erntegutes auf einer Asphaltstrasse oder das Aufhängen an Gestellen. Diese Methoden haben aber den Nachteil, daß das Erntegut nicht vor Schädlingen oder erneuter Feuchtigkeitsaufnahme geschützt ist. Solartrockner im engeren Sinne kann man in direkte und indirekte einteilen. Bei der direkten Trocknung trifft das Sonnenlicht direkt das Trocknungsgut (vgl. die linke und mittlere Skizze aus Abbildung 17) während bei der indirekten Trocknung nur die aufgeheizte Luft zum Trocknen genutzt wird (vgl. rechte Skizze aus Abbildung 17). Um den Trocknungseffekt zu verbessern und die Trocknung zu beschleunigen können Ventilatoren eingesetzt werden, um den Luftstrom zu erhöhen. Allerdings wird für den Ventilatorbetrieb auch elektrischer Strom gebraucht.

Abbildung 17: Drei verschiedene Solartrockner; Quellen: [TOOL, 1990] [ITDG, ohne Jahr]

3.3.4

Solardistillen

Solardistillen können salziges oder brackiges Wasser destillieren und somit trinkbar machen. Der Aufbau ist einfach und anhand von Abbildung 18 leicht zu erklären. Die Sonnenstrahlung A trifft durch das transparente Dach D auf das Wasser B und erwärmt es im flachen, schwarz angestrichenen Bassin. Das Wasser verdampft und kondensiert am Dach D. Von dort läuft es in die umlaufende Auffangrinne C und kann am Ausfluß gesammelt werden. Beim Bau ist darauf zu achten, das ganze System möglichst dicht zu konstruieren, damit kein Wasserdampf nach außen entweichen kann und so verloren geht.

3.3.5

Abbildung 18: Schemaskizze einer Solardistille für Wasser; Quelle:[TOOL, 1990]

Solare Kühlung

Solare Kühlung ist ein interessante Möglichkeit Wärme in Kälte umzuwandeln. Durch Kühlung werden Nahrungsmittel und Medikamente vorm Verderb geschützt. Das hat insbesondere Vorteile 17

für Landwirte, die ihr Gemüse und Obst nicht auf einmal verkaufen können. Eine sehr einfache und elegante Lösung für solare Kühlung wurde in Nigeria von Mohammed Bah Abba erfunden. Ein Tonkrug wird in einen anderen gestellt und zwischen den beiden befindet sich eine Schicht mit feuchtem Sand. Das Wasser verdunstet an der Außenwand des äußeren Topfes und erzeugt Verdunstungskälte im Inneren. So lassen sich z.B. Tomaten statt zwei Tage drei Wochen lang frisch halten. [Greenpeace, 2001] Andere Systeme arbeiten als Absorptions- oder Adsorptionskältemaschinen mit Kühlmitteln in geschlossenen Kreisläufen. In einer Absorptionskältemaschine wird ein Kältemittel unter Wärmezugabe aus einem Lösungsmittel ausgetrieben und im Kondensor wieder kondensiert. Danach verdampft es im Verdampfer unter Aufnahme von Wärme aus dem zu kühlenden System und löst sich wieder im Lösungsmittel. In einem solchen System kann die Wärme bei herkömmlichen Campingkühlschränken oder Hotelminibars von einer Gasflamme, elektrisch erzeugter Wärme oder anderen Verbrennungsporzessen kommen aber natürlich auch aus einem Solarkollektor. Am häufigsten ist die Verwendung von Lithiumbromid als Lösungsmittel und Wasser als Kühlmittel für Kühlung bis max. 3° C und Wasser als Lösungsmittel mit Ammoniak als Kühlmittel für tiefere Temperaturen. Eine Adsorptionskältemaschine arbeitet mit einem Feststoff als Adsorbens des Kühlmittels. Nachdem das Adsorbens mit dem Kühlmittel gesättigt ist, wird es durch Wärmezufuhr wieder ausgetrieben. Am häufigsten wird Silicagel oder Zeolith als Adsorbens verwendet. Beide Systeme haben den Vorteil daß sie wenige bewegliche Teile haben und so relativ wartungsfrei und stabil laufen.

3.3.6

Standortvorraussetzung

Die Möglichkeit der solarthermischen Nutzung der Sonnenenergie ist im Gebiet der Tropen und Subtropen prinzipiell überall möglich und effektiv. Problematisch ist es selbstverständlich, wenn eine Wolkendecke oder ein Baumkronendach den Ort beschattet.

3.4

Fotovoltaik

Eine Fotovoltaikanlage besteht meistens aus dem Solarmodul, einer Batterie mit Laderegler und (wenn nicht nur Gleichstromgeräte genutzt werden sollen) einem Wechselrichter für 220 V oder 110 V Wechselstrom. Der wichtigste Vorteil von Fotovoltaikanlagen ist die Möglichkeit, den aus der Sonnenenergie gewonnenen Strom in Akkumulatoren zu speichern und dadurch auch dann nutzen zu können, wenn die Sonne nicht scheint. Manche Anwendungen können auch ohne Batterie betrieben werden, wenn sie nur am Tag laufen müssen. Ein Beispiel dafür sind Wasserpumpen, die am Tag das Wasser in einen Tank pumpen, von dem aus es jederzeit weitergeleitet werden kann. Dies ist vor allem für die Beleuchtung von Bedeutung. In tropischen Ländern wird es relativ früh 18

(etwa 19:00) dunkel und die Menschen ohne Netzanschluß sind auf Kerzen, Öl- und Kerosin- oder Gaslampen angewiesen. Der Treibstoff für diese ist jedoch teuer und speziell Öl- und Kerosinlampen brennen nicht so hell und emittieren Ruß und schädliche Gase. Elektrische Energie ist für die Beleuchtung am besten geeignet. Eine weitere wichtige Verwendung von Strom findet sich beim Betrieb von Radios, Funkgeräten und auch Fernsehgeräten. Natürlich kann man auch jedes andere elektrische Gerät mit Strom aus einer Fotovoltaikanlage betreiben, braucht dann aber gegebenenfalls ein größeres Modul, um die Leistung bereitzustellen. Hier ist allerdings der Preis der begrenzende Faktor. Nach einer eigenen Marktrecherche kosten Solarmodule zur Zeit etwa 4 $ US/W. Es gibt viele Entwicklungsprojekte in deren Rahmen Solarmodule in Entwicklungsländer geliefert werden aber meist ist die Technik fremdfinanziert und somit zwar eine Verbesserung für die beschenkten Gemeinden oder Familien aber keine Option für die Gesamtheit der vom Energiemangel betroffenen Bevölkerung. Obwohl eine Fotovoltaikanlage keine laufenden Kosten verursacht und deshalb langfristig der Preis je Energieeiheit billiger ist als bei den traditionellen und konventionellen Alternativen, schrecken die meisten Verbraucher in den Entwicklungsländern vor den hohen Investitionskosten zurück. Ein interessantes Projekt wird vom Verein afghanischer Ingenieure und Techniker in Deutschland e.V. betrieben. Der Verein entwickelte eine Solarlampe im Gehäuse einer traditionellen Öllampe (vgl. Abbildung 19). Zwei 6 V Akkus im Fuß der Lampe werden von einem 4,5 W, 6 W oder 9 W Solarmodul am Tag aufgeladen und bringen die 12 V (5 W, 7 W oder 9 W) Energiesparlampe in der Nacht zum Leuchten. Es ist ein Stecker für ein Radio eingebaut, das gleichzeitig beAbbildung 19: Solarleuchte des Vereins afghanischer Ingenieure und Techniker in Deutschland e.V; Quelle: http://www.afghan-vait.de/

trieben werden kann. Die Lampe wird in Afghanistan zusammengebaut und der Laderegler auch von Einheimischen zusam-

mengelötet und nur das Modul und die Energiesparlampe werden importiert. Das ganze Set kostet 60 €. Zuerst wurde die Lampe subventioniert in den Markt eingeführt mit einer Garantie und einem Rückgaberecht. Seit sich die Technik als zuverlässig herausgestellt hat findet die Lampe in der Hauptstadt auch zum Herstellungspreis Abnehmer und wird nur noch auf dem Land durch den Verein zu 50% subventioniert an Familien verkauft. Diese Lampe amortisiert sich beim Ersatz von Lampenöl schon nach etwa 1 Jahr und spart auch die Kosten für den Batteriebetrieb von Radios ein

[Solarenergie für Afrika, 2004].Größere Anlagen werden hauptsächlich für die Versorgung von Gemeindezentren oder Krankenstationen benutzt, da die Investition für einzelne Familien zu hoch ist.

3.4.1

Standortvorraussetzung

Die einzige Standortvorraussetzung ist ein unbeschatteter Stellplatz für das Solarmodul. In tropischen Entwicklungsländern liegt die durchschnittliche tägliche Sonneneinstrahlungen zwischen 4 und 5,5 kWh/m² [GTZ, 2002] Wenn man einen Wirkungsgrad von 13 % für Solarzellen aus polykristallinem Silizium annimmt, dann kann man 0,52 – 0,75 kWh pro m² Solarzellenfläche an Energie am Tag gewinnen. Ein 1 m² Modul mit 130 W würde also ausreichen um 9 – 13 Energiesparlampen (Marke Steca: 12 V, 11 W, 900 mA, 550 lm) für 5 Stunden am Tag mit Energie zu versorgen oder sogar mittels eines Wechselrichters größere Geräte zu betreiben. Der Preis dafür läge bei 4 $ US/W aber schon bei 520 $ US dazu kommen noch die Batterien, Laderegler, Kabel und natürlich die Lampen. Wenn man großzügig rechnet kommt man auf einen Betrag von etwa 1000 $ US. Nach der Anfangsinvestition fallen allerdings außer dem Tausch von Batterien keine weiteren Kosten an und die Lebensdauer von einer Fotovoltaikanlage wird auf 20 Jahren kalkuliert. In dieser Zeit würden 3796 – 5475 kWh Energie produziert. Im Mittel würde also eine kWh 0,22 $ kosten.

3.5

Wasserkraft

Da es hier um den Einsatz in kleinem Maßstab in ruralen Gebieten geht, werde ich mich auf Micro- (-100 kWel) und Picoanlagen (-5 kWel) zur Generation von Strom und auf die direkte mechanische Nutzung der Wasserkraft konzentrieren. Die Wasserkraft hat den Vorteil, daß sie relativ konstant zur Verfügung steht und somit einen konstante Leistung abgeben kann. Es können mit lokal hergestellter Technik und entsprechendem Höhenunterschied und Wassermassenstrom große Leistungen erzeugt werden, mit denen kleine Dörfer elektrifiziert und Kleinindustrie mit Energie versorgt werden kann. Direkte mechanische Arbeit kann von der Turbinenwelle oder von der Achse des Wasserrades über ein Getriebe oder Transmissionsriemen an Mühlen, Sägewerke Pumpen und ähnliche Abnehmer weitergeleitet werden.

3.5.1

Elektrischer Strom

Strom kann erzeugt werden, indem ein Generator an die Turbine bzw. das Wasserrad angeschlossen wird. Es gibt es eine sehr große Vielfalt von Anlagen und sie müssen immer an die Was serverhältnisse vor Ort angepasst sein. Die meisten Microhydroanlagen arbeiten mit Gleichdruckturbinen, da diese bei Außendruck arbeiten und deshalb keine aufwendigen Druckkapseln brauchen. Die Technik ist einfache in lokalen Werkstätten herzustellen, und in der Regel einfach zu warten. Außerdem sind diese Turbinen weniger anfällig für Verschleiß durch Sand und andere Wasserverunreinigungen [ESHA; 2006]. Eine elektrische Microhydroanlage setzt sich meist aus den folgenden Komponenten zusammen (vgl. Abbildung 20): –

Eventuell ein Wehr oder ein Damm

–

Kanal oder Becken, der das Wasser vom Fluss abzweigt

–

Becken in dem Sediment gefiltert wird

–

Fallrohr das das Wasser der Turbine zuführt.

–

Turbine

–

Übersetzung

–

Generator

–

Elektronischer Leistungsregler mit Ballast

–

Leitungen

–

elektrische Verbraucher

Abbildung 20: Schema einer Mikrowasserkraftanlage; Quelle: [Maher, P. & Smith, N. ,2001] Es können Wechselstrom- und Gleichstromgeneratoren angetrieben werden. Wechselstrom hat

den Vorteil, daß er ohne große Verluste durch Kabel über größere Distanzen zu den Verbrauchern geleitet werden kann, während Gleichstrom den Vorteil hat, daß er sich in Batterien speichern lässt. Ein System mit Batterien hat den Vorteil, daß man kurzzeitig viel größere Spitzenleistungen abnehmen kann als durch den Generator erzeugt werden können. Einen Leistungsregler mit zuschaltbarer Ballastleitunng braucht man, weil die verbrauchte Leistung möglichst konstant gehalten werden muss, damit sich die erzeugte Spannung und Phasenfrequenz nicht bei steigender Belastung ändern. Turbinen können fertig gekauft oder mit einigem Aufwand von erfahrenen Handwerkern selbst hergestellt werden. Es können auch handelsübliche Pumpen als Turbine/Generator betrieben werden [NRCan, 2004]. Als Generatoren verwendet man Synchrongeneratoren, Assynchrongeneratoren,

Assynchron-Drehstrommotoren (als Generator), KFZ-Lichtmaschine für 12 V Gleichstrom oder andere selbstgebaute Generatoren [Maher, P. & Smith, N. ,2001]. Generell ist die Nutzung von Wasserkraft mit einer hohen Anfangsinvestition von durchschnittlich 956 $ US / kW mech und 3085 $ US / kW elekt verbunden.[Department for International Development, UK, 2000]. Allerdings wurden viele erfolgreiche Projekte durchgeführt die sich als ökonomisch sinnvoll erwiesen haben indem sie den Bewohnern der elektrifizierten Dörfer neue Einkommensquellen erschlossen haben. Die lokale Organisation SIBAT half 1994 die 32 Haushalte des Dorfes Ngibat auf den Philippinen an eine 5 kW Anlage anzuschließen. Jetzt hat jede Familie 40 W, um abends bei elektrischem Licht länger ihren Tätigkeiten nachgehen zu können. Ausserdem erleichtert die kommunale Reismühle Frauen und Kindern die Arbeit des täglichen Reismahlens und lokale Handwerker haben Energie für Schmiedearbeiten, eine Bohrmaschine und den Betrieb anderer elektrischer Werkzeuge. Eine Zuckerrohrpresse wird direkt angetrieben und bietet jetzt eine neue Haupteinkommensquelle für 26 Haushalte. Jede Familie bezahlt 0,45 $ US/Monat für Reperaturen und Wartung der Anlage. Dieser Tarif ist etwa 15 – 20 mal geringer als der Preis für Netzstrom. [Malanes, M. , ohne Jahr]

3.5.2

Mechanische Energie

Die mechanische Energie des Wassers kann auch anders als über Wasserräder oder Turbinen genutzt werden. Besonders interessant ist dabei die Möglichkeit mithilfe der einem Fluß oder Bach eigenen Strömungsenergie einen Teil des Wassers um ein vielfaches höher zu pumpen, als das ursprüngliche Niveau des Fließgewässers. Dazu kann man entweder eine Turbine mit einer Pumpe kopAbbildung 21: Funktionsweise eines hydraulischen Widders; Staudruck-Wasserheber nutzen. Das Funktionsprin-Quelle: http://www.lifewater.ca/ram_pump.htm (01.09.2006) zip des hydraulischen Widders basiert auf der Stoßpeln oder einen sog. hydraulischen Widder oder

energie, die eine plötzlich in einem Rohr gestoppte Wassermenge auf ein Ventil ausübt. Der Aufbau ist sehr einfach mit nur zwei beweglichen Ventilen, dem Auslaßventil und dem Druckventil. Abbildung 21 veranschaulicht den Aufbau und die Funktionsweise. Mit dieser Formel kann man die Leistung eines hydraulischen Widders bestimmen:

D=(S H E)/L

[US AID, 1982]

(3)

Darin sind: D = gepumpte Menge Wasser in 24 Stunden [l] S = Zugeführte Wassermenge [l/s] H = Höhenunterschied zwischen Zulauf und Pumpe [m] E = Wirkungsgrad der Pumpe (für kommerzielle Modelle 0.66, für selbstgebaute 0.33 ) L = Höhenunterschied des gepumpten Wassers

3.5.3

Standortvorraussetzung

Wasserkraft ist fast überall nutzbar, wo Wasser fließt. Allerdings sollte für eine größere Anlage, die kontinuierlich Strom erzeugen soll, auch der Wasserfluss im Jahresverlauf kontinuierlich sein. Schwankungen im Wasserpegel kann man je nach Aufwand mit einem Damm oder Wehr ausgleichen. Ein solches Bauwerk kann aber sehr teuer werden und ist in ruralen Gegenden von Entwicklungsländern oft keine Option für die Menschen. Ein grober Richtwert für eine ökonomisch sinnvolle Nutzung ist eine Mindestfallhöhe von 1 m oder ein Mindestwasserfluss von 0,6 l/s [NRCan, 2004]. Dabei sollte der jeweils andere Wert deutlich höher als sein Minimum liegen.

3.6

Windenergie

Windturbinen können in Größen von einigen Zentimetern Rotordurchmesser und wenigen Watt elektrischer Leistung bis hin zu Multimegawattanlagen mit über 80 m Rotordurchmesser gebaut werden. Die Dimension des Projektes richtet sich nach dem geplanten Einsatzbereich, den finanziellen Möglichkeiten und den lokalen Windverhältnissen. Windturbinen haben den Vorteil in kleinen Ausführungen relativ einfach aus Holz gefertigt werden zu können. Als Generator kann eine alte KFZ-Lichtmaschine oder Motoren dienen. Generatoren können sogar komplett selbst gebaut und gewickelt werden. Der große Nachteil bei Windenergie ist die Unzuverlässigkeit der Stromerzeugung. In den Industrieländern sind die großen Anlagen direkt ans Netzt angeschlossen und liefern nur Strom ab, wenn die Windverhältnisse stimmen. In Gegenden, wo die Windenergie nicht am Netzt betrieben wird und keine zweite zuschaltbare Energiequelle wie z.B. ein Dieselgenerator existiert, ist deshalb eine Ausführung mit Batterien, Laderegler und eventuell Wechselrichter die einzig sinnvolle Installation, wenn man konstante Stromabnehmer installieren will. Natürlich kann man bei bestimmten, nicht notwendigerweise kontinuierlichen Prozessen, auch ohne Batterien auskommen, wenn z.B. Wasser in ein Reservoir gepumpt werden soll. Bei dieser Anwendung kann man auch ganz auf den Generator verzichten und direkt die mechanische Energie der Windturbine über ein Getriebe an eine Pumpe weiterleiten. Bei diesem mechanischen Einsatz muß das Windrad aller-

dings direkt über der Brunnenbohrung oder zumindest in unmittelbarer Nähe stehen. Wenn man Wechselstrom mit hohen Spannungen produziert, kann man die Energie über größere Distanzen zur Pumpe leiten. Das ist zum Beispiel in hügeligem oder bergigem Gelände von Vorteil, da gewöhnlich höhere Windgeschwindigkeiten auf den exponierten Erhebungen vorherrschen, das Wasser aber meistens im Tal oder der Senke gepumpt wird. Abbildung 22 zeigt ein mechanisches und ein elektrisches System. Dabei fällt auf, daß bei dem mechanischem System der Rotor viel mehr Blätter hat. Daraus folgt eine langsamere Drehgeschwindigkeit und eine schlechterer Wirkungsgrad aber ein höheres Anfangsdrehmoment, das beim mechanischen Betrieb wichtig ist.

Abbildung 22: mechanische und elektrische Windkraftanlagen zum Betrieb von Wasserpumpen; Quelle:[NREL, 2003]

3.6.1

Standortvorraussetzung

Die wichtigste Standortvorraussetzung ist eine möglichst gleichmäßige Windgeschwindigkeit und die Möglichkeit die Windturbine außerhalb vom Windschatten und -wirbeln hoher Bäume, Berge oder ähnlicher Objekte aufzustellen. Je nach Windverhältnissen installiert man unterschiedliche Turbinen. In der Mongolei sind z.B. etwa 130.000 Kleinwindturbinen (meist 50 – 200 W) in Nomandenfamilien im Betrieb und versorgen so etwa 500.000 Menschen mit Licht und Telekommunikation. [Goldemberg, J. et al., 2000]

4 Empfehlungen für verschiedene typische Standorte Im Folgendem möchte ich sieben typische Standorte bzw. Klimaregionen in den Tropen und Subtropen näher charakterisieren. Ausgehend von den Standortcharakeristiken werde ich die am besten geeigneten Techniken aus Kapitel 3 für die Bedürfnisfelder Trinkwasser, Kochen, Beleuchtung, Telekommunikation, Kühlung und Kleinhandwerk bzw. -industrie empfehlen. Zur Charakterisierung der Standorte werden exemplarisch die Klimadaten von Orten herangezogen, die sich in der jeweiligen Klimaregion befinden. Die beigefügten Klimadiagramme geben einen schnellen Überblick über die Grundklimadaten, wobei das Buchstabenkürzel über dem Diagramm die Zuordnung zu einer Klimaregion nach Köppen ermöglicht (siehe Anhang für eine Weltkarte der Klimaregionen nach Köppen und der zugehörigen Legende).

4.1 4.1.1

Küstenwüsten Charakterisierung des Standortes

Als Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Antofagasta in Chile wählen. Sie liegt auf 23° 39 ´Süd und 70° 24´ West am pazifischen Ozean. Die jährliche Niederschalgsmenge liegt bei nur 2 mm und die durchschnittliche Temperatur bei 16,3° C. Der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht beträgt etwa 6° C und der Regen fällt im Zeitraum zwischen Juni und August (siehe Abbildung 23). Die tägliche Sonneneinstrahlung Abbildung 23: Klimadiagram von liegt bei etwa 7 Stunden und der Wind weht mit 4 m/s. [stadtkli- Antofagasta, Quelle: [Klimadiagramme.de] ma.de]

4.1.2

Energieoptionen

Trinkwasser ist wegen der geringen Niederschläge ein großes Problem. Es kann jedoch in Küstennähe Meerwasserentsalzung mit der in Kapitel 3.6. behandelten Solardistille oder ähnlichen thermischen Solaranlagen relativ preiswert durchgeführt werden. Falls Grundwasser in erreichbaren Tiefen vorhanden ist, kann ein mechanisches Windrad eine mechanische Pumpe oder eine Windturbine direkt eine Wechselstrompumpe betreiben Kochen mit herkömmlicher Biomasse ist problematisch wegen der spärlichen Vegetation. Durch die starke Sonneneinstrahlung ist der Standort jedoch prädestiniert für Solarkocher (Kapitel 3.3.2.). Erfahrungen haben jedoch gezeigt, daß diese Kocher nicht den kompletten Energiebedarf fürs Kochen decken können [GTZ, 1999]. Deshalb ist neben dem Einsatz der Solarkocher auch die

Verwendung von optimierten Biomassekochern (Kap. 3.1.) zu empfehlen. Bei kleinen Biogasanlagen könnte das Problem auftreten, daß nicht genügend Wasser zum Beimischen vorhanden ist. Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte können am sinnvollsten mit Batterien betrieben werden, die von einer Fotovoltaikanlage aufgeladen werden (Kap. 3.4.). Alternativ oder in Kombination damit können Windturbinen zum Aufladen der Batterien eingesetzt werden (Kap. 3.6.). Kühlen kann man mit Sorptionskühlschränken, die solarthermisch angetrieben werden. Der Betrieb von elektrischen Kühlschränken erfordert eine viel größere und teurere Fotovoltaikanlage bzw. leistungsstarke Windturbinen. Der direkte Betrieb von Wechselstromeismaschinen an Windanlagen wird von [NREL, 1998] beschrieben. Für Haushalte können schon einfache Lösungen, wie beschriebene Tonkrug-Methode eine Verlängerung der Lagerdauer für Nahrungsmittel erzielen. Kleinhandwerk und -industrie können mit thermischen Solaranlagen z.B. Meersalz gewinnen und Fisch trocknen. Windturbinen können direkt Wechselstrom-Kompressions-Eismaschinen betreiben und so die Lagerung und den Transport von Fisch ermöglichen.[NREL, 1998].

4.2 4.2.1

Steppen und Savannen Charakterisierung des Standortes

Als Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Ouagadougou in Burkina Faso wählen. Sie liegt 12° 22 ´Süd und 1° 31 ´ West auf einer Höhe von 309 m in der Sahelzone. Im Mittel liegt die jährliche Niederschalgsmenge bei 786 mm und die Temperatur bei 28,3° C. Es liegt eine ausgeprägte Regenzeit von Mai bis Oktober vor und als Folge ist die Region saisonal in den restlichen Monaten sehr trocken (siehe Abbildung 24). Abbildung 24: Klimadiagramm von Der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht beträgt Ouagadougou, Quelle: [Klimadiagramme.de] etwa 11° C.

4.2.2

Energieoptionen

Trinkwasser muß oft von entfernten Wasserstellen geholt werden. Der Betrieb von Pumpen durch Windkraft entweder direkt mechanisch oder direkt mit Wechselstrom (Kap. 3.6.) in Verbindung mit einem Wasserturm und einem Leitungsnetz ist sicherlich eine teure Option aber zur Versorgung ganzer Dörfer geeignet. Die saisonalen Niederschläge können durch Regenrinnen an Dächern und Wassergräben an Hängen gezielt in unterirdische Tanks gelenkt und dort gespeichert werden. Das Wasser kann in thermischen Solaranlagen bei 65° C pasteurisiert werden.

Kochen mit Biomasse ist problematisch, da nur ein begrenztes Angebot an Feuerholz besteht. Es sollten effiziente Kocher verwendet werden, die mit trockenem Dung, Gras und Abfallprodukten betrieben werden können. Soweit möglich sollten Solarkocher eingesetzt werden. Falls Vieh gehalten wird und das Sammeln von Dung nicht zu aufwendig ist können Biogasanlagen betrieben werden (Kap. 3.2.) Eine Schulküche im Südsudan wird erfolgreich teilweise mit Biogas betrieben.[Kuria Njoroge, D., 2002]. Ein Problem könnte dabei die ausreichende Beimischung von Wasser sein. Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte müssen mit Strom betrieben werden und erfordern daher eine kontinuierliche Stromquelle. Batterien können den Strom liefern. Sie werden von einer Fotovoltaikanlage oder einer Windkraftanlage geladen. Die Dimensionierung des Systems hängt immer von dem geplanten Verbrauch und den finanziellen Mitteln ab. Es können auch Gaslampen mit Biogas betrieben werden, was aber eine ausreichend große Biogasanlage voraussetzt. Kühlen ist mit einfachen Methoden wie dem Krug-im-Krug-System durch die Verdunstungskälte von Wasser zu erreichen. Für tiefere Temperaturen und die Herstellung von Eis sind thermisch betriebene Sorptionskühlsysteme geeignet (Kap. 3.3.5.). Diese können entweder solarthermisch oder mit einer Biogasflamme betrieben werden. Elektrisch betriebene Kühlsysteme setzen das Vorhandensein von genug elektrischer Energie voraus. Kleinhandwerk und -industrie können z.B. die mechanische Energie von Windrädern zum Mahlen von Getreide und anderen agrarischen Verarbeitungsprozessen nutzen. Allerdings kann diese nicht kontinuierlich genutzt werden und hängt von den örtlichen Windverhältnissen ab.

4.3 4.3.1

Bergland Charakterisierung des Standortes

Als Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Mukteswar in Indien wählen. Sie liegt 29° 29 ´Nord und 79° 39 ´Ost auf 2311 m am Fuße des Himalaya. Im Mittel liegt die jährliche Niederschalgsmenge bei 1301 mm und die Temperatur bei 13,3° C. Es ist reichlich Niederschlag vorhanden und es gibt eine Regenzeit in den Sommermonaten.(siehe Abbildung 25) Tag/Nacht-Temperaturunterschie- Abbildung 25: Klimadiagramm von Mukteswar, de liegen bei etwa 10° C. Quelle: [Klimadiagramme.de]

4.3.2

Energieoptionen

Trinkwasser ist in den meisten Bergregionen reichlich vorhanden aber oft ist der Wasserlauf vom Dorf entfernt im Tal und das Wasser muss zum Dorf hinaufgepumpt werden. Für diesen 27

Zweck sind hydraulisch betriebene Pumpen geeignet (Kap. 3.5.2.). Ein erfolgreiches Projekt in Chile installierte eine durch Wasserkraft angetriebene Pumpe, die 15.000 l pro Tag auf eine Höhe von 200 m pumpt, indem sie eine Höhendifferenz von10 m im Wasserlauf in Pumpenenergie umwandelt [Pizarro, R. & Arancibia, G., 2005]. Das Wasser kann solarthermisch pasteurisiert werden. Kochen und Heizen mit traditioneller Biomasse sollte mit effizienten Öfen passieren. Wenn Tiere gehalten werden, können Biogasanlagen zur Bereitstellung von Gas zum Kochen genutzt werden (Kap. 3.2.). Solarkocher stellen, je nach lokaler Beschattungssituation, eine gute Ergänzung der traditionellen Energieträger zum Kochen dar. Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte sind auf elektrischen Strom angewiesen. Wenn die Voraussetzungen gegeben sind kann eine Wasserkraftanlage einen kleines Dorfnetz mit Wechselstrom versorgen (Kap. 3.5.1.). Fotovoltaikanlagen können Batterien aufladen (Kap. 3.4.), sind aber teuer und bei häufiger Bewölkung nicht effektiv. Windturbinen können an exponierten Stellen aufgestellt werden und über Kabel Wechselstrom ins Dorf liefern, der in Gleichstrom umtransformiert, Batterien aufladen kann. Kühlen ist bei ausreichender elektrischer Energie mit Kompressorkühlschränken möglich. Allerdings ist meist nicht so genug Energie vorhanden. Eine andere Option ist der direkte Betrieb eines Kompressorkühlschrankes über die mechanische Energie einer Wasserturbine. Der Betrieb von Sorptionskühlschränken mit solarthermischer Energie oder Energie aus einer Biogasflamme ist ebenfalls möglich. Kleinhandwerk und -industrie stehen viele Möglichkeiten zur Verfügung, wenn eine Wasserkraftanlage installiert ist. Die mechanische Energie kann direkt zum Sägen, Mahlen, und für viele andere maschinelle Prozesse genutzt werden. Ein interessantes Beispiel kommt aus Nepal, wo eine 35 kW Anlage eine 2,5 km lange Lastenseilbahn betreibt, die Lasten bis 150 kg in 15min in ein Dorf befördert. Das erspart einen 6 stündigen Fußmarsch um die Güter ins Dorf zu transpotieren und verbindet das Dorf besser mit dem Markt. Die Seilbahn läuft nur am Tag und in der Nacht wird der erzeugte Strom in den 583 Haushalten zur Beleuchtung verwendet. Außerdem wird am Tag ein Sägewerk und eine Mühle betrieben. [Department for International Development, UK, 2000].

4.4 4.4.1

Hochlandwüsten Charakterisierung des Standortes

Als Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Oruro in Bolivien wählen. Sie liegt 17° 46 ´Süd und 67° 29 West auf 3706 m in den Anden. Im Mittel liegt

28 Abbildung 26: Klimadiagramm von Oruro; Quelle: [wetter-und-klima.de]

die jährliche Niederschalgsmenge bei nur 372 mm und die Temperatur bei 10,7° C. Allerdings sind die Temperaturschwankungen extrem und während am Tag die starke Strahlung der Sonne die Luft auf über 20° C erwärmt, kommt es in den klaren Nächten zu Frösten, die teilweise unter -10° C reichen. Der Niederschlag fällt in den Sommermonaten von Dezember bis März, wenn auch die höchsten Temperaturen erreicht werden. (siehe Abbildung 26).

4.4.2

Energieoptionen

Trinkwasser muss aus Flüssen oder Seen gewonnen werden. Ist genügend Wind vorhanden, kann das Wasser mit der mechanischen Energie oder dem direktem Wechselstrom aus einer Windturbine gepumpt werden. Quer an Hängen angelegte Wassergräben können Erosion auf dem spärlich bewachsenen Böden verhindern und das Regenwasser in unterirdische Zisternen leiten. Zur Sicherheit kann das Wasser solarthermisch pasteurisiert werden. Kochen kann ein Problem sein, da oft nicht genügend Feuerholz zur Verfügung steht. Deshalb ist die Anwendung effizienter Biomasse- oder Holzkohlekocher zur besseren Ausnutzung der spärlichen Ressourcen besonders wichtig. Für Raumwärme genutzte Öfen sollten wegen der gesundheitsschädlichen Gase auf jeden Fall einen Kammin besitzen. Eine gute Ergänzung stellen Solarkocher dar, von denen sich vor allem Boxkocher gut zur lokalen Herstellung eignen. In Bolivien eingeführte Boxkocher verhelfen den Benutzern zu einer Einsparung von 40,1 % (Trockenzeit) und 35,5 % (Regenzeit) ihrer Brennstoffkosten [Szulczewski, M., 2006]. Biogasanlagen sind wegen den extremen Temperaturschwankungen und vor allem bei Nachtfrösten nicht zu empfehlen. Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte können gut mit Strom aus aus Batterien betrieben werden, die mit einer Fotovoltaikanlage oder einer Windturbine aufgeladen werden. Dabei ist hervorzuheben, daß die solare Einstrahlung in großen Höhen stärker ist, da weniger Strahlung in der dünneren Atmosphäre absorbiert wird. Das macht den Einsatz von Solarmodulen in diesen Gegenden, die auch wenig bewölkt sind, sehr effektiv. Windenergie ist aufgrund des geringeren Luftdrucks und der daraus folgenden geringeren Dichte der Luft bei gleichen Windgeschwindigkeiten weniger effektiv als im Tiefland. Falls ein geeigneter Fluß oder Bachlauf vorhanden ist kann natürlich auch Wasserkraft entweder zur Versorgung eines kleinen Dorfnetzes mit Wechselstrom oder zum Aufladen der Batterien mit Gleichstrom genutzt werden. Kühlen ist in diesem Klima wegen der kalten Nächte nicht schwierig. Über die Nacht können die zu kühlenden Produkte in einer Kiste abkühlen und am Tag wird sie in den Schatten oder in ein Loch in der Erde gestellt und eventuell noch mit Dämmmaterial nach außen hin isoliert. Ein solarer Boxkocher lässt sich so wie eine Kühlbox benutzen. Andere Optionen sind der Betrieb von Sorpti-

onskühlschränken mit solarthermischen Anlagen oder Kompressionskühlschränken direkt mit der mechanischen Energie aus Wasserturbinen. Kleinhandwerk und -industrie kann von der Wasserkraft profitieren mit der verschiedene Maschinen betrieben werden können. Sonst profitierten Handwerker und Kunsthandwerker vor allem durch das elektrische Licht, das ihnen ermöglicht auch nach Einbruch der Dunkelheit noch produktiv tätig zu sein. Frauen können dann z.B. abends noch stricken oder weben. Die Landwirtschaft kann indirekt Solarenergie nutzen. So ist von der Preinkaischen Tiwanaku Kultur bekannt, daß sie um ihre Felder Wassergräben angelegt haben, die unter anderem dazu dienten, die am Tag eingestrahlte Sonnenenergie zu speichern und in den kalten Nächten wieder abzugeben. Dieses System erzeugte ein Mikoklima, in dem die Pflanzen besser wachsen konnten. Heute kann man zu diesem Zweck z.B. Gewächshäuser bauen.

4.5 4.5.1

Tropische Bergwälder Charakterisierung des Standortes

Als Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Puyo in Ecuador wählen. Sie liegt 1° 29 ´Süd und 78° 0´ West auf 950 m zwischen den Anden und dem Amazonastiefland. Im Mittel liegt die jährliche Niederschlagsmenge bei 4477 mm und die Temperatur bei 20,8° C. Es liegen kaum jahreszeitliche Schwankungen vor und man kann in Abbildung 27 nur einen kleinen Anstieg der konstant hohen Niederschläge im Abbildung 27: Klimadiagramm von Puyo; Quelle: [Klimadiagramme.de] März und April erkennen.

4.5.2

Energieoptionen

Trinkwasser ist in diesem ständig feuchten Klima kein Problem und kann meist über Wasserleitungen aus höher gelegenen Wasserläufen ins Dorf geleitet werden. In ein solches System könnte man auch einen einfachen Sandfilter einbauen. Falls das Wasser nur weiter unten im Tal fließt, muß es gepumpt werden, was am besten durch hydraulisch angetriebene Pumpen (Kap. 3.5.2.) gelöst werden kann. Wellblechdächer eigenen sich gut, um Regenrinnen mit Wasserfässern zu installieren und so das Regenwasser zu sammeln Kochen ist mit der ausreichend vorhandenen Biomasse vor Ort kein so großes Problem. Allerdings ist das verwendete Brennmaterial meistens nicht trocken genug und so geht Energie für die Verdampfung der Feuchtigkeit verloren und das Feuer brennt nicht so heiß, was zu schädlichen Verbrennungsgasen führt. Es sollten effiziente Kocher (in Innenräumen mit Kaminen ausgestattet), 30

verwendet werden. Eine gute Möglichkeit ist die Verwendung von Biogas zum Kochen. Die Temperaturen sind günstig für den Prozess der anaeroben Vergärung und es kann mit einer sauberen Flamme gekocht werden. Philippinische Bauern sehen die Vorzüge von Biogas in der Ersparnis von Arbeit und Kosten für andere Brennstoffe, sauberen Kochtöpfen, bequemerem Kochen und der Unterdrückung von Fäkalgeruch und Fliegen durch den Biogasreaktor [Moog, F.A. et al. 1997]. Solarkocher eigenen sich eventuell nicht so gut wegen der häufigen Bewölkung. Allerdings kommt es auf den Standort und die Jahreszeit an. Falls etwa zwei Stunden ununterbrochener direkter Sonneneinstrahlung gegeben sind, können auch Solarkocher benutzt werden. Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte können bei dem vorhandenen Wasserangebot mit Strom aus einer Kleinwasserkraftanlage (Kap. 3.5.1.) sichergestellt werden. Dabei kommt es auf die Größe des Projektes an, ob nur Batterien mit Gleichstrom aufgeladen werden können oder das Dorf mit einem kleinen Wechselstromnetz ausgestattet werden kann. Je nach Anzahl der gehaltenen Haustiere ist eventuell auch genug Biogas vorhanden, um Gaslampen zu betreiben. Kühlen kann man bis auf Temperaturen von etwa 10° C mit einfachen Verdunstungsmethoden, wie der Krug-in-Krug-Methode. Falls tiefere Temperaturen benötigt werden, kann ein Kompressionskühlschrank mit der direkten mechanischen Energie einer Wasserkraftanlage oder über die elektrische Energie, falls diese ausreichend zur Verfügung steht, betrieben werden. Sorptionskühlschränke kann man mit Biogas oder solarthermisch betreiben. Wenn beides nicht ausreichend zur Verfügung steht, kann man sie auch mit Biomasse heizen. Kleinhandwerk und -industrie stehen viele Möglichkeiten offen, sofern eine Wasserkraftanlage installiert ist, die ausreichend mechanische Energie zum Betreiben von z.B. einer Zuckerrohrpresse oder eines Sägewerkes liefert. Wenn genügend Strom produziert wird können auch elektrische Werkzeuge eingesetzt werden. Natürlich profitiert das Handwerk auch von der Beleuchtung bei Nacht.

4.6 4.6.1

Tropische Tieflandregenwälder Charakterisierung des Standortes

Als Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Leticia in Kolumbien

wählen.

Sie

liegt

4° 28 ´Nord

und

69° 56´ West auf 84 m im Amazonastiefland im Dreiländereck von Brasilien, Peru und Kolumbien. Im Mittel liegt die jährliche Niederschlagsmenge bei 3298 mm und die Temperatur bei 25,8° C. In Abbildung 28 kann man erkennen,

Abbildung 28: Klimadiagramm von Leticia; Quelle: [Klimadiagramme.de]

daß die Temperatur über das Jahr konstant bleibt und die Niederschläge von Mai bis August ein wenig abnehmen.

4.6.2

Energieoptionen

Trinkwasser ist reichlich vorhanden, aber es es ist oft nicht sauber. Um eine gute Qualität zu erhalten, kann es gefiltert und/oder solarthermisch pasteurisiert werden. Eine weitere Möglichkeit sauberes Wasser zu erhalten, ist die Nutzung von Regenwasser, das entweder von Dächern oder speziell dafür aufgespannten Plastikplanen gesammelt wird. Man kann bei sehr verschmutztem Wasser auch die Solardistille (Kap. 3.3.4.) benutzten. Kochen ist durch das große Angebot an Biomasse traditionell auf offenem Feuer üblich. Allerdings muß das Holz geschlagen und getrocknet werden. Die Rauchgase einer unvollständugen Verbrennung sind giftig. Deshalb sollte zur Einsparung von Feuerholz und zur Verbesserung der Gesundheit ein optimierter Ofen (Kap. 3.1.) benutzt werden. Eine komfortablere Lösung böte eine Biogasanlage (Kap. 3.5.), falls Haustiere gehalten werden. Das Klima ist ideal für den Prozess der anaeroben Vergärung. Solarkocher könnten auch Verwendung finden, würden aber sehr wahrscheinlich aufgrund ausreichend vorhandenem Angebot an Gratisbrennstoff von der Bevölkerung nicht angenommen werden. Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte werden mit Strom aus Batterien betrieben, die von einer Fotovoltaikanlage aufgeladen werden können. Kleinwasserkraftanlagen sind nur möglich, wenn der Fluß nicht zu breit ist und vor allem keine großen Jahreszeitlichen Pegelsschwankungen aufweist. In dieser Region gibt es keine großen Höhenunterschiede und das Wasser fließt langsam in großen Flüssen, was den Einsatz von Kleinwasserkraft nur beschränkt in wenigen Fällen sinnvoll macht. Zur Beleuchtung können auch Bioagslampen genutzt werden, sofern genügen Biogas produziert wird. Falls sehr viel Biogas produziert wird, kann auch ein kleiner Motor damit betrieben werden, wobei auf jeden Fall das H2S aus dem Biogas gefiltert werden muss. Falls sehr viel Biomasse zur Verfügung steht, z.B. durch ein Sägewerk, kann diese im Pyrolyseprozess vergast werden und das Gas kann fossile Brennstoffe beim Betrieb von Motoren ersetzen oder ergänzen [Teixeira Coelho, S. et al., 2005] Kühlen kann man entweder mit den einfachen passiven Verdunstungsmethoden, wie der Krugin-Krug-Methode oder,. wenn Eis erzeugt werden soll, mit Sorptionskühlschränken, die mit Biogas, solarthermisch oder mit Biomasse betrieben werden. Falls ein Generator mit Pyrolysegasen betrieben wird, kann ein Kompressionskühlschrank entweder mit dem generierten Strom betrieben werden oder direkt am Motor laufen.

Kleinhandwerk und -industrie können sich entwickeln, wenn genügend elektrische Energie vorhanden ist, um Wechselstromwerkzeuge zu benutzen. Falls Ein Motor mit Pyrolysegasen betrieben wird, kann dieser auch direkt industrielle Prozesse antreiben.

4.7 4.7.1

Inseln und Küstenregionen Charakterisierung des Standortes

Als Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Male auf den Malediven wählen. Sie liegt 4° 10 ´Nord und 73° 30´ Ost im Indischen Ozean. Im Jahresmittel liegt die jährliche Niederschalgsmenge bei 1949 mm und die Temperatur bei 28° C. In Abbildung 29 ist eine Trockenzeit von Januar bis März deutlich erkennbar. Die Temperatur ist Abbildung 29: Klimadiagramm von Male; Quelle: [Klimadiagramme.de]

über das ganze Jahr fast konstant.

4.7.2

Energieoptionen

Trinkwasser kann ein Problem sein. Wenn das der Fall ist, sollte möglichst viel Regenwasser aufgefangen werden. Falls das nicht ausreicht können Solardistillen (Kap. 3.3.4.) eingesetzt werden. Auf einer kleinen Insel nahe Mauritius wurden erfolgreich Solardistillen eingeführt, die 3-7 l Trinkwasser pro 20 l Meerwasser und Tag produzieren. Das erspart den Frauen vor Ort in regenarmen Zeiten einen 3 – 5 Stunden Fußmarsch zu einer Quelle [UNDP, 2003] Falls ein Brunnen vorhanden ist kann mit einer Windturbine das Wasser gepumpt werden, da in Küstenregionen meistens günstige Voraussetzungen für die Installation von Windenergie herrschen. Kochen ist meist kein großes Problem mit der vorhandenen Biomasse. Allerdings sollten effiziente Kocher eingesetzt werden um den Verbrauch an Biomasse und die damit verbundene Arbeit zu senken. Es kann auch sehr gut mit Solarkochern gekocht werden. Biogas ist auch eine Option, sofern Tiere gehalten werden. Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte können mit Batterien betrieben werden, die durch eine Windturbine aufgeladen werden. An Küsten sind die Voraussetzungen für Windenergienutzung meist gut. Die Installation von Fotovoltaikanlagen zum Laden der Batterien ist auch möglich. Falls viele Tiere gehalten werden, und eine entsprechende Biogasanlage installiert ist, kann das Biogas auch zur Beleuchtung genutzt werden. Kühlen ist entweder mit einfachen Methoden, wie der Krug-in-Krug Verdunstungstechnik oder für tiefere Temperaturen mit Sorptionskühlschränken möglich. Die Sorptionskühlschränke können entweder solarthermisch mit Biogas oder mit Biomasse betrieben werden. Falls eine ausreichend 33

große Windturbine installiert ist, kann auch ein Kompressionskühlschrank direkt mit der mechanischen Energie oder mit dem generierten Wechselstrom betrieben werden um Eis zu produzieren. Kleinhandwerk und -industrie können vom Strom einer Windenergieanlage profitieren. Falls genügend Biogas vorhanden ist, kann dieses in einem Motor genutzt werden. Das gleiche gilt für ein reichliches Angebot an Biomasse, die in einer Pyrolyseanlage vergast und in einem Motor genutzt werden kann. Das elektrische Licht ermöglicht es desweiteren auch dem Kleinhandwerk in den Abendstunden noch zu produzieren.

5 Diskussion Das Thema der Arbeit ist sehr weitläufig und klare Grenzen sind schwer zu ziehen. Ich wollte vor allem eine Übersicht über einfache und preiswerte Techniken liefern, die mit minimalem Einsatz eine große Verbesserung der Lebensqualität für die Menschen vor Ort bringen. Deshalb habe ich manche Techniken, wie die Pyrolyse von Biomasse oder auch die Herstellung von Pflanzenöltreibstoffen und Ethanol nicht tiefer erörtert. Ich bin auch nicht auf andere erneuerbare Energien, wie Geothermie oder Gezeitenkraftwerke näher eingegangen, da diese nur an speziellen Orten oder mit hohem technischem Aufwand genutzt werden können. Deshalb sind sie für meine allgemeine Betrachtung zu vernachlässigen. Bei der Beschreibung der Techniken bin ich auch nur so weit ins Detail gegangen, wie für den Leser sinnvoll ist, um die Funktionsweise zu verstehen. Ich habe nicht versucht Rechnungen zur Dimensionierung und konkreten Planung von Anlagen zu integrieren, da dies den Rahmen der Arbeit bei weitem gesprengt hätte. Solche Rechnungen sind aber extrem wichtig, so z.B. die Messung und Berechnung der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit, die Dimensionierung der Turbine und des Generators bei Wasserkraftanlagen, die Kapazität von Biogasanlagen und die solare Einstrahlung. Ich konnte demzufolge im Kapitel 4 nur sehr allgemeine Empfehlungen aussprechen, da es fast immer auch in gleichen Klimaregionen von Ort zu Ort unterschiedliche Parameter zu berücksichtigen gibt. Es ist auch schwierig den Einsatz von bestimmten Energien an bestimmte Mindestwerte zu koppeln. Das macht in Industrieländern Sinn, wo andere Wirtschaftlichkeitsbedingungen, Energieverbrauchs- und Versorgungsmuster herrschen. In Entwicklungsländern bringen aber oft schon sehr kleine Mengen von Energie (speziell elektrische) einen großen Fortschritt, wenn man vielleicht mit einem kleinen selbstgebauten Windrad eine Batterie aufladen kann und diese dann sparsam zum Betrieb einer Lampe benutzt, braucht man dafür nicht unbedingt die gleichen Windverhältnisse, die auch ein großes Windrad in Deutschland zum wirtschaftlichen Betrieb braucht. Gleiches gilt für die Dimensionen von Wasserkraft- oder Biogasanlagen. Fotovoltaikanlagen stellen die einzige Hochtechnologie unter den beschriebenen Techniken dar. Sie können nicht lokal in ruralen Gebieten hergestellt oder repariert werden. Allerdings sind sie einfach zu in34

stallieren, haben eine Betriebsdauer von über 20 Jahren und funktionieren zuverlässig ohne Wartungsarbeiten. Bei der Wahl der 7 Klimaregionen habe ich mich vor allem auf die Topographie, Küstennähe, Niederschlagsmenge und Temperatur als Parameter für möglichst unterschiedliche Standorte in den Tropen und Subtropen konzentriert. Im Anhang habe ich eine Karte der Weltklimaregionen nach Köppen, die in deutlich mehr Klimazonen unterteilt ist, eingefügt. Im Anhang finden sich auch Übersichtskarten der Globalen Sonneneinstrahlung und der Windgeschwindigkeiten, die einen sehr groben Anhaltspunkt für die Einsatzmöglichkeiten der verschiedenen Techniken geben. Die meisten der besprochenen Technologien, wie z.B. Solarenergie, fast überall in den Tropen nutzbar sind. Der Einsatz hängt stark von den lokalen Gegebenheiten aber auch und vor allem vor allem von der Finanzierbarkeit ab und davon, ob eine technische Unterstützung des jeweiligen Projektes gewährleistet wird. Nicht zuletzt gibt es auch häufig kulturelle Probleme bei der Adaptation neuer Techniken, vor allem, was so zentrale Bereiche wie dem Zubereiten der Nahrung betrifft. Deshalb ist oft eine begleitende Aufklärungs- und Beratungskampagne nötig. Wenn eine Dorfgemeinschaft gemeinsam mit Wasser oder Strom durch ein kleines Dorfnetzt versorgt werden soll, müssen zuerst die Verantwortlichkeiten für den Betrieb und die Wartung und eventuell ein Tarifsystem gemeinsam mit den Bewohnern erarbeitet werden. All diese Gesichtspunkte sind sehr wichtig für die erfolgreiche Umsetzung eines Energieprojektes in ruralen Gebieten der Tropen und Subtropen, und ihrerseits Thema verschiedenster ausführlicher wissenschaftlicher Arbeiten. Die Technik ist nur ein, wenn auch zentraler, Baustein in einem solchen Projekt und ich hoffe mit dieser Arbeit einen Überblick über die Möglichkeiten ihres Einsatzes gegeben zu haben.

6 Zusammenfassung In der Arbeit konnte gezeigt werden, daß genügend regenerative Energie zur Verfügung steht, um den Energiebedarf der Menschen in ruralen Gebieten der Tropen und Subtropen zu decken und ihnen so Möglichkeiten für eine bessere Entwicklung und ein gesünderes Leben zu eröffnen. Verbesserte Biomassekocher reduzieren die Rauchbelastung und damit das Risiko von Atemwegserkrankungen. Solarthermisch pasteurisiertes oder destilliertes Wasser reduziert Durchfallerkrankungen und damit einen eine großen Faktor der Kindersterblichkeit. Solarthermisch betriebene Trockner oder auch Kühlsysteme konservieren Lebensmittel und tragen so zu einer besseren Nahrungsversorgung und zu besseren Vermarktungsmöglichkeiten bei. Licht durch elektrischen Strom aus Windkraft, Wasserkraft oder Fotovoltaikanlagen ermöglicht Schülern das Lesen auch nach Sonnenuntergang und Handwerkern das Arbeiten. Mit Strom betriebene Radios, Funkgeräte, Fernseher und eventuell Funktelefone ermöglichen einen Kontakt zur Außenwelt und damit zu Krankenhäusern, Märkten, politischen Informationen etc. Durch Wasserkraft angetriebene Mühlen, Sägewerke und 35

ähnliches ermöglichen die Verarbeitung von Rohstoffen vor Ort was eine Wertsteigerung der Produkte bewirkt und mehr ökonomische Ressourcen und Arbeitsplätze ins Dorf bringt. Durch Wind oder Wasserkraft gepumptes Wasser reduziert den Zeitaufwand fürs Wasserholen und macht diese Zeit für andere Tätigkeiten verfügbar. Das gleiche gilt für den reduzierten Zeitbedarf fürs Feuerholzsuchen bei der Verwendung von Biogas oder Solarkochern (nicht zu vergessen die ökologischen Folgen bei zu starker Nutzung der vorhandenen Biomasse). Die Verwendung einer Biogasanlage reduziert auch die Keim- und Geruchsbelastung durch Fäkalien und stellt zudem einen effektiven Flüssigdünger zur Verfügung. All diese Techniken können die Lebensqualität der Menschen erheblich verbessern. Das breite Spektrum der verschiedenen Techniken und ihre Anpassungsfähigkeit an lokale Gegebenheiten ermöglichen ihren Einsatz fast überall. Wo Wasser fließt können Mikrowasserkraftanlagen gebaut werden. Wo Wind weht pumpen Windräder Wasser oder generieren Strom. Wo Tiere gehalten werden ist der Betrieb von Biogasanlagen möglich, und fast überall in den Tropen und Subtropen kann die Solarenergie thermisch und/oder durch Fotovoltaikanlagen genutzt werden. Jede der Techniken ist geeignet in verschiedenen Größen und Kapazitäten installiert zu werden. Mit Ausnahme der Fotovoltaikanlagen sind sie lokal herzustellen und generieren so neue Arbeitsplätze und wirtschaftliches Wachstum, wenn sie erfolgreich etabliert werden können. Es kann als Ergebnis festgehalten werden, daß der dezentrale Einsatz regenerativer Energien eine zentrale Rolle bei der Entwicklung netzferner ruraler Gebiete der Tropen und Subtropen spielen kann, wenn die politischen, wirtschaftlichen und pädagogischen Rahmenbedingungen für eine Markteinführung und Verbreitung der Technologie stimmen.

Eidesstattliche Erklärung Hiermit versichere ich, die vorliegende Arbeit selbständig verfaßt zu haben und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt zu haben. Göttingen den 29.09.2006 Unterschrift: Arnd Zschocke

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Anhang

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