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Forschung Nr. 11/97 vom 7. 7. 1997

Universität Hamburg arbeitet an der Entwicklung von Solarschiffen

Photovoltaisch angetriebene Fahrgastschiffe für Binnengewässer als Forschungsziel

Wissenschaftler des Instituts für Schiffbau der Universität Hamburg arbeiten seit Juni 1996 an einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt zur Entwicklung von photovoltaisch angetriebenen Fahrgastschiffen für Binnengewässer. Nach grundlegenden Fragestellungen sollen vor allem die Einflüsse von Sonneneinstrahlung, Wind und Wellen auf die Dimensionierung von Solarschiffen erforscht werden. Die Ergebnisse sollen in einem Entwurfssystem zusammengefaßt werden, das für verschiedene Anwendungen (Größe, Einsatzgebiet) getestet wird.

In zwei Arbeiten (Einrumpfschiff und Katamaran) wurde am Institut für Schiffbau bereits nachgewiesen, daß Solarschiffe in der Größenordnung von 100 Passagieren mit einer Geschwindigkeit von zehn Stundenkilometern eine tägliche Reichweite von rund 70 bis 80 Kilometern haben. Die entwurfstechnische, prinzipielle Entscheidung, ob breites, flaches Einrumpfschiff oder Katamaran (große Solarfläche ist gefordert), kann nur hinsichtlich des Einsatzzweckes beurteilt werden.

Grob zusammengefaßt, kann man sagen, daß den Vorteilen des Katamarans (hohe Anfangsstabilität, große Decksfläche im Verhältnis zur Verdrängung) die Vorteile des Einrumpfschiffes (geringere vom Wasser benetzte Oberfläche - sie bestimmt den Widerstand - im Verhältnis zur Verdrängung, bessere Seegangstauglichkeit) gegenüberstehen. Die schlanken Rümpfe des Katamarans wirken sich erst bei höheren Geschwindigkeiten positiv auf den Widerstand aus. Bei den wohl eher niedrigen Geschwindigkeiten von Solarschiffen ist benetzte Oberfläche ausschlaggebend. Allerdings hat der Katamaran dann wieder einen Vorteil in der Propulsion (dem Zusammenwirken von Propellern und Schiff), da bei der Anordnung von zwei Propellern der Schubbelastungsgrad geringer und damit der Propulsionsgütegrad besser wird. Zwei Propeller könnte man auch auf einem Einrumpfschiff anordnen. Sie bedeuten aber auch einen höheren Anlagenaufwand.

Wie überall beim Einsatz von Solarenergie, stellt die Speicherung der unregelmäßig anfallenden Sonnenenergie ein weiteres Problem dar. Bis jetzt verwendet man bei Solarschiffen durchweg in einer gelartigen Masse gelagerte Batterien (Blei-Gel-Batterien).

Auf der Suche nach anderen Speichermöglichkeiten wird sehr schnell der Ruf nach Wasserstoff laut. Hohe (auf das Gewicht bezogene) Energiedichte und quasi schadstofffreie Umsetzung in elektrische Energie lassen ihn ideal erscheinen. Allerdings führt die Lagerung des volumenreichen Wasserstoffes (entweder unter Druck, in Metallhydrid gelagert oder flüssig (Kryo-Technik)) zu hohem Gewicht, so daß die anlagenbezogene Energiedichte nicht mehr so günstig ist.

Hält man am Konzept des autarken Solarbetriebs fest, benötigt man zum Erzeugen des Wasserstoffes einen Elektrolyseur und zum Erzeugen der elektrischen Energie Brennstoffzellen. Der Wirkungsgrad der Gesamtanlage ist im Vergleich zu guten Batterien sehr gering und wird sich bei dieser Anlagengröße wohl kaum über 40 Prozent bewegen. Zur Zeit sind die Preise eine solche Anlage noch sehr hoch, dürften sich aber in den nächsten zwei Jahren auf ein mit Batterien vergleichbares Niveau bewegen. Die Aggregate haben eine erheblich längere Lebensdauer (20 bis 30 Jahre) als Batterien (vier bis fünf Jahre).

Die aufgrund des niedrigen Wirkungsgrades wohl eher in Frage kommende Langzeitspeicherung von Energie - Wasserstoff unterliegt keinen zeitlichen Verlusten wie Selbstentladung bei der Batterie - bedeutet aber ein großes Speichervolumen. Dieses stellt jedoch die Speicherung und damit auch die Herstellung des Wasserstoffes an Bord in Frage.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Frank Josten Email: josten@schiffbau.uni-hamburg.de

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