Arnd ZschockeStudent 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 Lücke2. 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........................................................................................................................36Eidesstattliche Erklärung................................................................................................................37Literaturverzeichnis.............................................................................................................................Anhang...................................................................................................................................................
AbbildungsverzeichnisAbbildung 1: Schwerkraftanlage, Quelle: [ITDG, 2002b]...................................................................3Abbildung 2: Vakuum Röhrenkollektor, Quelle: [Solarserver.de, 2006a]...........................................3Abbildung 3: konzentrierende solarthermische Systeme, Quelle: [Solarpaces.org, 2006]..................4Abbildung 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]........................................8Abbildung 9: Die unterschiedlichen Wasserturbinenbauarten; Quelle: [IEA 2003]............................9Abbildung 10: Kennlinienfeld für Wasserturbinen; Quelle: Wikipedia – Wasserturbine (14.08.2006)
.................................................................................................................................................9Abbildung 11: Zusammenhang zwischen Einkommen und Anteil der Energie aus traditioneller
Biomasse am Gesamtenergieverbrauch; Quelle: [Karekezi et al. 2004]...............................12Abbildung 12: Energienutzung in einem normalen (nicht optimierten) Holzfeuerherd;
Quelle: [ Holdren et al., 2000]...............................................................................................12Abbildung 13: Verbesserte Kocher aus Lehm oder Metall;
Quelle: [UNHCR, 2002].......................................................................................................13Abbildung 14: die am weitesten verbreiteten Typen von Biogasreaktoren in Entwicklungsländern;
Quelle: [FAO, 1992]............................................................................................................13Abbildung 15: Schema des Aufbaus eines Polyethylen-Schlauch-Bioreaktors in ländlichen
Gebieten; Quelle: [SHI, 2004]..............................................................................................14Abbildung 16: Die 3 verschiedenen Grundmodelle von Solarkochern; Quelle: [GTZ, 1999] .........16Abbildung 17: Drei verschiedene Solartrockner; Quellen: [TOOL, 1990] [ITDG, ohne Jahr].........17Abbildung 18: Schemaskizze einer Solardistille für Wasser; Quelle:[TOOL, 1990]........................17Abbildung 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]......................................29Abbildung 27: Klimadiagramm von Puyo; Quelle: [Klimadiagramme.de].......................................30Abbildung 28: Klimadiagramm von Leticia; Quelle: [Klimadiagramme.de]....................................32Abbildung 29: Klimadiagramm von Male; Quelle: [Klimadiagramme.de].......................................33
TabellenverzeichnisTabelle 1: Wirkungsgrade verschiedener Siliziumformen in Solarzellen;Quelle: [Solarserver.de, 2006]..............................................................................................................5Tabelle 2: Input und Output von 31 Polyethylen-Schlauch-Biogasreaktoren in Vietnam; Quelle: [An, B. X. et al., 1997b].....................................................................................................................14
1 EinleitungDie 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 Gesundheits-
system, moderne Kommunikations- und Straßennetze und nicht zuletzt preiswerte und überall ver-
fügbare Energie dank eines komplett ausgebauten Stromnetzes und ausreichendem Zugang zu fossi-
len Brennstoffen. In den armen Ländern des Südens dagegen kann nur eine kleine urbane Ober-
schicht einen solchen Lebensstil pflegen, während, vor allem in den ruralen Gebieten, die Armut re-
giert. Einer 1993 durchgeführten Studie zufolge leben 1,3 Milliarden Menschen in Entwicklungs-
ländern 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 Alphabetisie-
rungsrate und die Lebenserwartung sind niedrig. 2 Milliarden Menschen kochen ihr Essen mit Bio-
masse 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 Men-
schen, denn mit ausreichend preiswerter Energie könnte Trinkwasser gepumpt und gereinigt, Nah-
rungsmittel könnten verarbeitet und medizinische Versorgung könnte sichergestellt werden. Tele-
kommunikation 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 Brenn-
stoffen kann aufgrund schlecht ausgebauter Straßennetze schwierig und sehr teuer sein. Also müs-
sen in ruralen Gebieten von Entwicklungsländern andere Wege eingeschlagen und es muß nach an-
deren Optionen für die Energieversorgung gesucht werden. Es müssen Energiequellen genutzt wer-
den, 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 unvoll-
ständiger 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 Sub-
tropen bestehen.
1
2 Stand der Technik
2.1 SonnenenergieDie 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 Inten-
sität 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 Solar-
konstanten 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 Jahres-
zeit, der geographischen Breite, der Höhe über dem Meeresspiegel und den Wetterbedinungen ab
[Quaschning, V. 1998]. Man unterscheidet zwischen direkter und diffuser Strahlung. Diffuse Strah-
lung 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 SolarthermieDer 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 Bereitstel-
lung 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 Sys-
teme, die die Strahlung einer größeren Fläche mittels Spiegeln oder Linsen auf einen Absorber kon-
zentrieren und damit deutlich höhere Temperaturen erzielen. Dabei ist zu beachten, daß konzentrie-
rende Systeme nur direkte Strahlung nutzen können, während Solarkollektoren auch die diffuse
Strahlung in Wärme umwandeln können.
2.1.2 SolarkollektorenDas Prinzip der Solarkollektoren beruht darauf, daß dunkle Materialien Sonnenstrahlen absor-
bieren 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 Wasserspei-
chern 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 Er-
wärmung 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.
2.1.2.1 Konzentrierende solarthermische AnlagenKonzentrierende solarthermische Anlagen erzielen hohe Temperaturen indem sie das direkt ein-
fallende 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 Spie-
geln (Heliostaten), die die einfallende Strahlung auf einen zentralen Punkt reflektieren oder durch
Parabolspiegel, die auch jeweils einen Brennpunkt fixieren. Eine weitere Möglichkeit stellen Para-
bolspiegelrinnen dar, die ein Absorberrohr fokussieren. All diese Anlagen sind technisch aufwen-
dig 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]. Ab-
bildung 3 zeigt die verschiedenen konzentrierenden Techniken.
3
Abbildung 1: Schwerkraftanlage, Quelle: [ITDG, 2002b]
Abbildung 2: Vakuum Röhrenkollektor, Quelle: [Solarserver.de, 2006a]
2.1.2.2 AufwindkraftwerkeAbschließend 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 dar-
unter eine Art Treibhaus, das an den Seiten offen ist. In der Mitte dieser Fläche steht ein hoher Ka-
min, durch den die erhitzte Luft nach oben entweicht und dabei eine Turbine antreibt
[Quaschning, V. 1998].
2.1.3 FotovoltaikDer 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 [Quasch-
ning, V. 1998]. Die Kristallgitter der Halbleitermaterialien werden hierzu zunächst mit Störstellen
aus unterschiedlichen chemischen Elementen, entweder positiv (n) mit Elementen der III. Haupt-
gruppe oder negativ (p) mit Elementen der V. Hauptgruppe, dotiert. Dann wird eine Schicht n-do-
tiertes 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 freige-
setzt die zu dem elektrischen Feld der Raumladungszone wandern und von dort zu elektrischen Ver-
brauchern abgeführt werden können. Abbildung 4 veranschaulicht diesen Prozess und zeigt, daß der
4
Abbildung 3: konzentrierende solarthermische Systeme, Quelle: [Solarpaces.org, 2006]
nutzbare Lichtanteil umso größer ist, je dünner die n-dotierte Halbleiterschicht ist. [Quaschning, V.
1998]
In den meisten Solarzellen wird Silizium als Halbleitermaterial verwendet aber es gibt auch So-
larzellen aus anderen Halbleitern, die andere Spektralbereiche der Strahlung in Strom umwandeln
können. Um das Spektrum der nutzbaren Strahlung zu maximieren, werden in Tandem- oder Sta-
pelzellen Schichten verschiedener Halbleiter übereinander angeordnet. Das Silizium kann in in un-
terschiedlicher Form verwendet werden als monokristalines, polykristalines oder amorphes Silizi-
um, 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
5
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]
Tabelle 1: Wirkungsgrade verschiedener Siliziumformen in Solarzellen;
Quelle: [Solarserver.de, 2006b].
praktisch erreichten Wirkungsgrade für die jeweiligen Halbleitermaterialien an. Am wirkungsvolls-
ten funktionieren Solarzellen, wenn sie der Sonne so nachgeführt werden, daß diese immer senk-
recht auf sie einstrahlt. Solche Nachführeinrichtungen schlagen sich allerdings in erhöhtem techni-
schem Aufwand und Investitionskosten nieder. [Quaschning, V. 1998]
2.2 BiomasseMit 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 Ener-
gie 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 Kraftwer-
ken 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-
6
Abbildung 5: Max. theoretische Wirkungsgrade verschiedener Halbleitermaterialen in Solarzellen, Quelle: [Solarserver.de, 2006b]
Abbildung 6: Strom und Spannung einer Si-Solarzelle bei verschiedenen Bestrahlungsintensitäten, Quelle: [Solarserver.de, 2006b]
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.
2.2.1 BiogasBiogas entsteht bei der anaeroben Vergärung von organischem Material. In einem 4 stufigen
Prozess werden Kohlehydrate, Fette, Eiweiße und komplexe organische Verbindungen von unter-
schiedlichen Bakteriengruppen zu CH4 und CO2 umgewandelt. Diese beiden Gase sind die Hauptbe-
standteile vom Biogas, das auch noch weitere Spurengase enthält, von denen insbesondere H2S und
Wasserdampf hervorzuheben sind. Die genaue Zusammensetzung hängt dabei stark von den jewei-
ligen Ausgangssubstraten und Prozessparametern wie Temperatur, pH-Wert, C/N-Verhältnis, Tro-
ckenmasseanteil und Verweildauer im Vermenter ab. Abhängig von der Prozesstemperatur unter-
scheidet man zwischen psychrophiler (bis 25°C), mesophiler (bei etwa 32°C – 42°C) und thermo-
philer (bei etwa 50°C – 57°C) Gärung, wobei jeweils verschiedene Bakteriengruppen für den Pro-
zess verantwortlich sind.[FNR; 2005]
7
Abbildung 7: Verschiedene Wege der energetischen Nutzung von Biomasse, Quelle: [Turkenburg et al. 2000]
Bei der thermophilen Gärung läuft der
Prozess am schnellsten ab. Liegt der Tro-
ckenmasseanteil 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 Gär-
behälter zwischen 6,8 und 7,5 das C/N-
Verhältnis zwischen 10 und 30 [FNR;
2005]. Abbildung 8 zeigt die vier verschie-
den Stufen des Biogasprozesses an denen
jeweils unterschiedliche Bakteriengruppen
beteiligt sind.
2.3 WasserkraftWasserkraft ist die derzeit bei weitem
am häufigsten genutzte Quelle erneuerbarer
Energie. Sie machte 2001 16,5% der welt-
weiten Stromerzeugung aus. Den Hauptan-
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(-10MWel), Mi-
ni- (-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 nachgeschal-
tete 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/sH = netto Höhenunterschied in m (kinetische Verluste in Rohrleitungen abgezogen)
8
Abbildung 8: Die vier Stufen des anaeroben Abbaus; Quelle:[FNR; 2005]
Man unterscheidet grundlegend zwischen 2 unterschiedlichen Anlagentypen: Anlagen mit
großem Höhenunterschied und Anlagen mit geringem Höhenunterschied und dafür großem Durch-
fluß. 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 Entwick-
lung 3 unterschiedliche Turbinentypen entwickelt: Francis-, Kaplan- und Peltonturbinen (vgl. Ab-
bildung 9). Es gibt auch noch andere Turbinen, die jedoch vom Funktionsprinzip her den oben ge-
nannten ähnlich sind. Man kann sie in zwei Klassen aufteilen: Überdruck- und Gleichdruckturbinen.
Francis- und Kaplanturbinen sind Überdruckturbinen. Überdruckturbinen arbeiten in einer ge-
schlossenen Druckkapsel und sind vollständig vom Wasser umgeben. Die Peltonturbine und das
Wasserrad sind Gleichdruckturbinen. Auf sie trift das Wasser bei Umgebungsdruck, wodurch Her-
stellung und Wartung deutlich erleichtert werden[ESHA; 2006]. An Abbildung 10 kann man erse-
hen, welcher Turbinentyp für welche Standorte am besten geeignet ist.
9
Abbildung 10: Kennlinienfeld für Wasserturbinen; Quelle: Wikipedia – Wasserturbine (14.08.2006)
Abbildung 9: Die unterschiedlichen Wasserturbinenbauarten; Quelle: [IEA 2003]
2.4 WindenergieWind entsteht durch Temperaturunterschiede und die daraus folgenden Druck- und Dichteunter-
schiede der Luft. Es gibt globale Windsysteme, die mit der unterschiedlichen Sonnenbestrahlung
und Aufwärmung der Luft-, Land- und Wassermassen der verschiedenen Breitengrade zu unter-
schiedlichen Jahreszeiten zusammenhängen und es gibt lokale Winde, wie z.B. See- und Landwin-
de, die auf tageszeitlichen Temperaturschwankungen beruhen. Die Energie des Windes ist die kine-
tische 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 Rotor-
blätter 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 gesam-
te 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 techni-
sche Wirkungsgrad einer Windkraftanlage kann entweder als Quotient aus abgegebener Leistung
und Gesamtwindleistung oder Maximalleistung nach Betz angegeben werden [DWIA, 2003]. Win-
denergieanlagen haben meistens einen Mechanismus, der sie in den Wind dreht. In Deutschland ha-
ben neu installierte Windkraftanlagen eine Durchschnittsleistung von 1395 kW. Einige Anlagen lie-
gen im Multimegawattbereich mit Rotordurchmessern von über 80 m, bei einem durchschnittlichen
Preis pro kW installierte Leistung von 850 – 1700 $ US/kW.[IEA 2003]
10
3 Anwendungsmöglichkeiten in ruralen GebietenDa hier die Anwendungsmöglichkeiten in ruralen, netzfernen Gebieten der Tropen und Subtro-
pen 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 ei-
nem 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 ge-
nutzt:
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 Kom-
munikationsweg zur Außenwelt dar. Kühlschränke halten Lebensmittel und auch wichtige Arzenei-
mittel frisch. Desweiteren liefert Strom eine Fülle von Möglichkeiten zur Erleichterung der tägli-
chen Arbeiten oder Ermöglichung der Produktion von Waren für den Markt und somit zur Schaf-
fung einer Existenzgrundlage.
Wärmeenergie wird hauptsächlich für das Zubereiten von Mahlzeiten und Raumwärme ge-
nutzt. 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 An-
spruch nehmen, Zeit die für andere Tätigkeiten verloren geht. Der Rauch von offenem Feuer ist ge-
sundheitsschädlich 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 Feu-
erholz teilweise schwerwiegende ökologische Folgen.
Kinetische Energie Energie kann in einer Vielzahl von Anwendungen vor allem durch Hand-
werker genutzt werden, so z.B. in Sägemühlen, Zuckerrohrpressen oder Öhlmühlen. Auch das Pum-
pen von Wasser ist eine wichtige Anwendung.
Die im Folgendem beschriebenen einfachen Techniken sind nach Art der Energiequelle geord-
net und können zum Teil unterschiedliche Energieformen liefern.
11
3.1 BiomasseBiomasse 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 Ener-
giequelle meist gratis zur Verfü-
gung steht und somit für die ar-
men Bevölkerungsschichten zu-
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 ha-
ben: der Brennstoff verbrennt heiß und sauber, die Brennkammer ist nach außen isoliert, die Luftzu-
fuhr 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.
12
Abbildung 11: Zusammenhang zwischen Einkommen und Anteil der Energie aus traditioneller Biomasse am Gesamtenergieverbrauch; Quelle: [Karekezi et al. 2004]
Abbildung 12: Energienutzung in einem normalen (nicht optimierten) Holzfeuerherd; Quelle: [ Holdren et al., 2000]
indisches Modell
3.1.1 Standortvorraussetzung
Verbesserte Herde und Öfen können überall einge-
führt werden, wo mit Biomasse gekocht und geheizt
wird. Der Bedarf ist jedoch in den Gegenden am größten,
in denen Brennstoffmangel herrscht und die Bevölke-
rung 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
UPESI oder Mandaleo Kocher (Abbildung 13 links), der
nur etwa 1 $ US kostet und bis zu 50 % des Feuerholzes verglichen mit einem offenen Feuer ein-
spart, oder den aus Metall hergestellten Jiko Kocher (Abbildung 13 rechts) [UNHCR, 2002].
3.2 BiogasDer 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. & Rodrí-
guez, L., 2002] Es stehen verschiedene Systeme zur Auswahl, die am weitesten verbreiteten sind
13
Abbildung 14: die am weitesten verbreiteten Typen von Biogasreaktoren in Entwicklungsländern; Quelle: [FAO, 1992]
Abbildung 13: Verbesserte Kocher aus Lehm oder Metall; Quelle: [UNHCR, 2002]
chinesisches Modell
taiwanesisches Modell
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 Regierungs-
programme 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 Alter-
native hat sich das taiwanesische Modell herausgestellt. Es wurde vereinfacht und an lokale Ver-
hältnisse 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 Kambo-
dscha 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 Aufenthalts-
zeit 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 so-
viel Wasser zuzufügen, daß ein TM-Gehalt von 6 - 8 % zustande kommt. Eine Faustregel besagt,
14
Abbildung 15: Schema des Aufbaus eines Polyethylen-Schlauch-Bioreaktors in ländlichen Gebieten; Quelle: [SHI, 2004]
Tabelle 2: Input und Output von 31 Polyethylen-Schlauch-Biogasreaktoren in Vietnam; Quelle: [An, B. X. et al., 1997b]
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 Betriebsparame-
ter von Polyethylen-Schlauch-Biogasreaktoren in Vietnam, wo sie einen weite Verbreitung gefun-
den 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. [Pre-
ston, 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 Sys-
tem angeschlossen werden. Eine entscheidende Rolle spielt die Temperatur. Je kühler es ist desto
langsamer geht der Prozess vonstatten. In Höhenlagen mit starken Temperaturschwankungen zwi-
schen Tag und Nacht wird der Prozeß deutlich verlangsamt. Weiterhin muß genügend Wasser vor-
handen sein, um die entsprechende Menge an Flüssigkeit hinzuzufügen.
3.3 SolarthermieDie Solarthermie bietet viele Möglichkeiten mit geringem technischem und finanziellem Auf-
wand 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 be-
treiben kann.
3.3.1 Warmwasserbereitung
Warmwasserbereitung wurde in Kapitel 2.1.1.1. schon besprochen und die einfachste und preis-
werteste 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 flie-
ßendes warmes Wasser ins Haus liefern. Allerdings braucht man dafür eine Pumpe oder eine Was-
serleitung 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-
15
fälle pro Jahr auf unsauberes Trinkwasser zurückgeführt werden wobei 99,8 % davon auf Entwick-
lungsländer entfallen und 90 % der Betroffenen Kinder sind [WHO, 2002].
3.3.2 Solarkocher
Solarkocher können verwendet werden, um Wasser abzukochen oder zu pasteurisieren, und na-
türlich zum Zubereiten warmer Speisen. Es gibt sehr viele unterschiedliche Modelle aber im Grunde
kann man sie alle in 3 Kategorien unterteilen: Boxkocher, Konzentrationskocher und Kollektorko-
cher. Abbildung 16 zeigt schematisch den Aufbau der drei Typen und erklärt kurz ihre Funktions-
weise. Dabei ist zu beachten, daß Konzentratorkocher nur mit direkter Sonnenbestrahlung funktio-
nieren, während Box- und Kollektorkocher auch diffuse Strahlung noch in Wärme umwandeln kön-
nen, und diese auch besser speichern, als der zu allen Seiten der Konvektion ausgesetzte Konzentra-
torkocher. Gute Solarkocher können Temperaturen von bis zu 198° C erreichen, Wasser in 6 Minu-
ten von 40° C auf 96° C erhitzen und bis zu 65 l Wasser am Tag kochen
[GTZ, 1999]. Ein weiterer Vorteil ist, daß sie nicht beaufsichtigt werden müssen, da die Temperatu-
ren 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 Barrie-
ren, Kochgewohnheiten an diese Einschränkungen anzupassen. Daher erfolgt die Nutzung von So-
larkochern zumeist in Ergänzung mit anderen Energiequellen[GTZ, 1999].
16
Abbildung 16: Die 3 verschiedenen Grundmodelle von Solarkochern; Quelle: [GTZ, 1999]
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 indirek-
ten Trocknung nur die aufgeheizte Luft zum Trocknen genutzt wird (vgl. rechte Skizze aus Abbil-
dung 17). Um den Trocknungseffekt zu verbessern und die Trocknung zu beschleunigen können
Ventilatoren eingesetzt werden, um den Luftstrom zu erhöhen. Allerdings wird für den Ventilator-
betrieb auch elektrischer Strom gebraucht.
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 angestri-
chenen 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 mög-
lichst dicht zu konstruieren, damit kein Was-
serdampf nach außen entweichen kann und
so verloren geht.
3.3.5 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
Abbildung 17: Drei verschiedene Solartrockner; Quellen: [TOOL, 1990] [ITDG, ohne Jahr]
Abbildung 18: Schemaskizze einer Solardistille für Wasser; Quelle:[TOOL, 1990]
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 Ver-
dunstungskälte im Inneren. So lassen sich z.B. Tomaten statt zwei Tage drei Wochen lang frisch
halten. [Greenpeace, 2001] Andere Systeme arbeiten als Absorptions- oder Adsorptionskältema-
schinen 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 kühlen-
den System und löst sich wieder im Lösungsmittel. In einem solchen System kann die Wärme bei
herkömmlichen Campingkühlschränken oder Hotelminibars von einer Gasflamme, elektrisch er-
zeugter Wärme oder anderen Verbrennungsporzessen kommen aber natürlich auch aus einem Solar-
kollektor. 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 Adsor-
bens des Kühlmittels. Nachdem das Adsorbens mit dem Kühlmittel gesättigt ist, wird es durch Wär-
mezufuhr 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 wartungs-
frei 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 FotovoltaikEine 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 nut-
zen 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 Kerosinlam-
pen 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 gegebenen-
falls ein größeres Modul, um die Leistung bereitzustellen. Hier ist allerdings der Preis der begren-
zende 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 be-
schenkten 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 konventionel-
len Alternativen, schrecken die meisten Verbraucher in den Entwicklungsländern vor den hohen In-
vestitionskosten 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 be-
trieben werden kann. Die Lampe wird in
Afghanistan zusammengebaut und der La-
deregler 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 Ver-
ein 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
19
Abbildung 19: Solarleuchte des Vereins afghanischer Ingenieure und Techniker in Deutschland e.V; Quelle: http://www.afghan-vait.de/
[Solarenergie für Afrika, 2004].Größere Anlagen werden hauptsächlich für die Versorgung von Ge-
meindezentren oder Krankenstationen benutzt, da die Investition für einzelne Familien zu hoch ist.
3.4.1 StandortvorraussetzungDie einzige Standortvorraussetzung ist ein unbeschatteter Stellplatz für das Solarmodul. In tro-
pischen Entwicklungsländern liegt die durchschnittliche tägliche Sonneneinstrahlungen zwischen 4
und 5,5 kWh/m² [GTZ, 2002] Wenn man einen Wirkungsgrad von 13 % für Solarzellen aus poly-
kristallinem Silizium annimmt, dann kann man 0,52 – 0,75 kWh pro m² Solarzellenfläche an Ener-
gie am Tag gewinnen. Ein 1 m² Modul mit 130 W würde also ausreichen um 9 – 13 Energiespar-
lampen (Marke Steca: 12 V, 11 W, 900 mA, 550 lm) für 5 Stunden am Tag mit Energie zu versor-
gen 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 natür-
lich 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 Kos-
ten 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 WasserkraftDa es hier um den Einsatz in kleinem Maßstab in ruralen Gebieten geht, werde ich mich auf Mi-
cro- (-100 kWel) und Picoanlagen (-5 kWel) zur Generation von Strom und auf die direkte mechani-
sche Nutzung der Wasserkraft konzentrieren. Die Wasserkraft hat den Vorteil, daß sie relativ kon-
stant zur Verfügung steht und somit einen konstante Leistung abgeben kann. Es können mit lokal
hergestellter Technik und entsprechendem Höhenunterschied und Wassermassenstrom große Leis-
tungen erzeugt werden, mit denen kleine Dörfer elektrifiziert und Kleinindustrie mit Energie ver-
sorgt 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.
20
3.5.1 Elektrischer Strom
Strom kann erzeugt werden, indem ein Generator an die Turbine bzw. das Wasserrad ange-
schlossen 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 Gleichdruck-
turbinen, 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 Wasserver-
unreinigungen [ESHA; 2006]. Eine elektrische Microhydroanlage setzt sich meist aus den folgen-
den Komponenten zusammen (vgl. Abbildung 20):
– Eventuell ein Wehr oder ein Damm
– Kanal oder Becken, der das Wasser vom Fluss ab-zweigt
– Becken in dem Sediment gefiltert wird
– Fallrohr das das Wasser der Turbine zuführt.
– Turbine
– Übersetzung
– Generator
– Elektronischer Leistungs-regler mit Ballast
– Leitungen
– elektrische Verbraucher
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 abneh-
men 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 her-
gestellt werden. Es können auch handelsübliche Pumpen als Turbine/Generator betrieben werden
[NRCan, 2004]. Als Generatoren verwendet man Synchrongeneratoren, Assynchrongeneratoren,
21
Abbildung 20: Schema einer Mikrowasserkraftanlage; Quelle: [Maher, P. & Smith, N. ,2001]
Assynchron-Drehstrommotoren (als Generator), KFZ-Lichtmaschine für 12 V Gleichstrom oder an-
dere selbstgebaute Generatoren [Maher, P. & Smith, N. ,2001]. Generell ist die Nutzung von Was-
serkraft 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 ei-
genen Strömungsenergie einen Teil des Wassers
um ein vielfaches höher zu pumpen, als das ur-
sprüngliche Niveau des Fließgewässers. Dazu kann
man entweder eine Turbine mit einer Pumpe kop-
peln oder einen sog. hydraulischen Widder oder
Staudruck-Wasserheber nutzen. Das Funktionsprin-
zip des hydraulischen Widders basiert auf der Stoß-
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. Abbil-
dung 21 veranschaulicht den Aufbau und die Funktionsweise. Mit dieser Formel kann man die Leis-
tung eines hydraulischen Widders bestimmen:
22
Abbildung 21: Funktionsweise eines hydraulischen Widders; Quelle: http://www.lifewater.ca/ram_pump.htm (01.09.2006)
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 StandortvorraussetzungWasserkraft 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 ausglei-
chen. Ein solches Bauwerk kann aber sehr teuer werden und ist in ruralen Gegenden von Entwick-
lungsländern oft keine Option für die Menschen. Ein grober Richtwert für eine ökonomisch sinn-
volle 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 WindenergieWindturbinen 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 finanziel-
len 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 Stromerzeu-
gung. 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 exis-
tiert, 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 auskom-
men, 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-
23
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 gewöhn-
lich 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.
3.6.1 StandortvorraussetzungDie wichtigste Standortvorraussetzung ist eine möglichst gleichmäßige Windgeschwindigkeit
und die Möglichkeit die Windturbine außerhalb vom Windschatten und -wirbeln hoher Bäume, Ber-
ge 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 No-
mandenfamilien im Betrieb und versorgen so etwa 500.000 Menschen mit Licht und Telekommuni-
kation. [Goldemberg, J. et al., 2000]
24
Abbildung 22: mechanische und elektrische Windkraftanlagen zum Betrieb von Wasserpumpen; Quelle:[NREL, 2003]
4 Empfehlungen für verschiedene typische StandorteIm 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, Beleuch-
tung, Telekommunikation, Kühlung und Kleinhandwerk bzw. -industrie empfehlen. Zur Charakteri-
sierung der Standorte werden exemplarisch die Klimadaten von Orten herangezogen, die sich in der
jeweiligen Klimaregion befinden. Die beigefügten Klimadiagramme geben einen schnellen Über-
blick 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 Küstenwüsten
4.1.1 Charakterisierung des StandortesAls 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
liegt bei etwa 7 Stunden und der Wind weht mit 4 m/s. [stadtkli-
ma.de]
4.1.2 EnergieoptionenTrinkwasser 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 Windtur-
bine 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
25
Abbildung 23: Klimadiagram von Antofagasta, Quelle: [Klimadiagramme.de]
Verwendung von optimierten Biomassekochern (Kap. 3.1.) zu empfehlen. Bei kleinen Biogasanla-
gen 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 Kombi-
nation damit können Windturbinen zum Aufladen der Batterien eingesetzt werden (Kap. 3.6.).
Kühlen kann man mit Sorptionskühlschränken, die solarthermisch angetrieben werden. Der Be-
trieb 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 be-
schriebene 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 be-
treiben und so die Lagerung und den Transport von Fisch ermöglichen.[NREL, 1998].
4.2 Steppen und Savannen
4.2.1 Charakterisierung des StandortesAls Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Ouagadou-
gou 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).
Der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht beträgt
etwa 11° C.
4.2.2 EnergieoptionenTrinkwasser muß oft von entfernten Wasserstellen geholt werden. Der Betrieb von Pumpen
durch Windkraft entweder direkt mechanisch oder direkt mit Wechselstrom (Kap. 3.6.) in Verbin-
dung mit einem Wasserturm und einem Leitungsnetz ist sicherlich eine teure Option aber zur Ver-
sorgung ganzer Dörfer geeignet. Die saisonalen Niederschläge können durch Regenrinnen an Dä-
chern und Wassergräben an Hängen gezielt in unterirdische Tanks gelenkt und dort gespeichert
werden. Das Wasser kann in thermischen Solaranlagen bei 65° C pasteurisiert werden.
26
Abbildung 24: Klimadiagramm von Ouagadougou, Quelle: [Klimadiagramme.de]
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 gehal-
ten wird und das Sammeln von Dung nicht zu aufwendig ist können Biogasanlagen betrieben wer-
den (Kap. 3.2.) Eine Schulküche im Südsudan wird erfolgreich teilweise mit Biogas betrieben.[Ku-
ria Njoroge, D., 2002]. Ein Problem könnte dabei die ausreichende Beimischung von Wasser sein.
Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte müssen mit Strom betrieben werden und erfor-
dern 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 Gas-
lampen mit Biogas betrieben werden, was aber eine ausreichend große Biogasanlage voraussetzt.
Kühlen ist mit einfachen Methoden wie dem Krug-im-Krug-System durch die Verdunstungs-
kälte 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 Vor-
handensein 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 die-
se nicht kontinuierlich genutzt werden und hängt von den örtlichen Windverhältnissen ab.
4.3 Bergland
4.3.1 Charakterisierung des StandortesAls Beispielstandort möchte ich hier die Stadt Muktes-
war 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 Sommermona-
ten.(siehe Abbildung 25) Tag/Nacht-Temperaturunterschie-
de liegen bei etwa 10° C.
4.3.2 EnergieoptionenTrinkwasser 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
Abbildung 25: Klimadiagramm von Mukteswar, Quelle: [Klimadiagramme.de]
Zweck sind hydraulisch betriebene Pumpen geeignet (Kap. 3.5.2.). Ein erfolgreiches Projekt in Chi-
le 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 umwan-
delt [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 wer-
den (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 Wech-
selstrom 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 umtransfor-
miert, Batterien aufladen kann.
Kühlen ist bei ausreichender elektrischer Energie mit Kompressorkühlschränken möglich. Al-
lerdings ist meist nicht so genug Energie vorhanden. Eine andere Option ist der direkte Betrieb ei-
nes 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 Wasser-
kraftanlage 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 Hochlandwüsten
4.4.1 Charakterisierung des StandortesAls 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 rei-
chen. Der Niederschlag fällt in den Sommermonaten von Dezember bis März, wenn auch die höchs-
ten Temperaturen erreicht werden. (siehe Abbildung 26).
4.4.2 EnergieoptionenTrinkwasser muss aus Flüssen oder Seen gewonnen werden. Ist genügend Wind vorhanden,
kann das Wasser mit der mechanischen Energie oder dem direktem Wechselstrom aus einer Wind-
turbine gepumpt werden. Quer an Hängen angelegte Wassergräben können Erosion auf dem spär-
lich bewachsenen Böden verhindern und das Regenwasser in unterirdische Zisternen leiten. Zur Si-
cherheit 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 spär-
lichen Ressourcen besonders wichtig. Für Raumwärme genutzte Öfen sollten wegen der gesund-
heitsschädlichen Gase auf jeden Fall einen Kammin besitzen. Eine gute Ergänzung stellen Solarko-
cher dar, von denen sich vor allem Boxkocher gut zur lokalen Herstellung eignen. In Bolivien ein-
geführte 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 betrie-
ben 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 Gegen-
den, die auch wenig bewölkt sind, sehr effektiv. Windenergie ist aufgrund des geringeren Luft-
drucks 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 natür-
lich 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-
29
onskühlschränken mit solarthermischen Anlagen oder Kompressionskühlschränken direkt mit der
mechanischen Energie aus Wasserturbinen.
Kleinhandwerk und -industrie kann von der Wasserkraft profitieren mit der verschiedene Ma-
schinen betrieben werden können. Sonst profitierten Handwerker und Kunsthandwerker vor allem
durch das elektrische Licht, das ihnen ermöglicht auch nach Einbruch der Dunkelheit noch produk-
tiv 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 einge-
strahlte 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 Tropische Bergwälder
4.5.1 Charakterisierung des StandortesAls 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 jahreszeitli-
che Schwankungen vor und man kann in Abbildung 27 nur
einen kleinen Anstieg der konstant hohen Niederschläge im
März und April erkennen.
4.5.2 EnergieoptionenTrinkwasser ist in diesem ständig feuchten Klima kein Problem und kann meist über Wasser-
leitungen 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. Aller-
dings 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
Abbildung 27: Klimadiagramm von Puyo; Quelle: [Klimadiagramme.de]
verwendet werden. Eine gute Möglichkeit ist die Verwendung von Biogas zum Kochen. Die Tem-
peraturen 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]. So-
larkocher 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 Sonnen-
einstrahlung 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 gehal-
tenen 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 Kompressi-
onskühlschrank mit der direkten mechanischen Energie einer Wasserkraftanlage oder über die elek-
trische Energie, falls diese ausreichend zur Verfügung steht, betrieben werden. Sorptionskühl-
schränke 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 Wasserkraftanla-
ge installiert ist, die ausreichend mechanische Energie zum Betreiben von z.B. einer Zuckerrohr-
presse oder eines Sägewerkes liefert. Wenn genügend Strom produziert wird können auch elektri-
sche Werkzeuge eingesetzt werden. Natürlich profitiert das Handwerk auch von der Beleuchtung
bei Nacht.
4.6 Tropische Tieflandregenwälder
4.6.1 Charakterisierung des StandortesAls 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 Dreilände-
reck von Brasilien, Peru und Kolumbien. Im Mittel liegt die
jährliche Niederschlagsmenge bei 3298 mm und die Tem-
peratur bei 25,8° C. In Abbildung 28 kann man erkennen,
31 Abbildung 28: Klimadiagramm von Leticia; Quelle: [Klimadiagramme.de]
daß die Temperatur über das Jahr konstant bleibt und die Niederschläge von Mai bis August ein we-
nig abnehmen.
4.6.2 EnergieoptionenTrinkwasser 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. Aller-
dings muß das Holz geschlagen und getrocknet werden. Die Rauchgase einer unvollständugen Ver-
brennung sind giftig. Deshalb sollte zur Einsparung von Feuerholz und zur Verbesserung der Ge-
sundheit 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 wahr-
scheinlich 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 produ-
ziert wird. Falls sehr viel Biogas produziert wird, kann auch ein kleiner Motor damit betrieben wer-
den, 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 Coel-
ho, S. et al., 2005]
Kühlen kann man entweder mit den einfachen passiven Verdunstungsmethoden, wie der Krug-
in-Krug-Methode oder,. wenn Eis erzeugt werden soll, mit Sorptionskühlschränken, die mit Biogas,
solarthermisch oder mit Biomasse betrieben werden. Falls ein Generator mit Pyrolysegasen betrie-
ben wird, kann ein Kompressionskühlschrank entweder mit dem generierten Strom betrieben wer-
den oder direkt am Motor laufen.
32
Kleinhandwerk und -industrie können sich entwickeln, wenn genügend elektrische Energie
vorhanden ist, um Wechselstromwerkzeuge zu benutzen. Falls Ein Motor mit Pyrolysegasen betrie-
ben wird, kann dieser auch direkt industrielle Prozesse antreiben.
4.7 Inseln und Küstenregionen
4.7.1 Charakterisierung des StandortesAls 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 Tem-
peratur bei 28° C. In Abbildung 29 ist eine Trockenzeit von
Januar bis März deutlich erkennbar. Die Temperatur ist
über das ganze Jahr fast konstant.
4.7.2 EnergieoptionenTrinkwasser 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 Trink-
wasser 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 günsti-
ge Voraussetzungen für die Installation von Windenergie herrschen.
Kochen ist meist kein großes Problem mit der vorhandenen Biomasse. Allerdings sollten effizi-
ente 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, so-
fern Tiere gehalten werden.
Beleuchtung und Telekommunikationsgeräte können mit Batterien betrieben werden, die
durch eine Windturbine aufgeladen werden. An Küsten sind die Voraussetzungen für Windenergie-
nutzung meist gut. Die Installation von Fotovoltaikanlagen zum Laden der Batterien ist auch mög-
lich. 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
Abbildung 29: Klimadiagramm von Male; Quelle: [Klimadiagramme.de]
große Windturbine installiert ist, kann auch ein Kompressionskühlschrank direkt mit der mechani-
schen 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 ge-
nutzt werden kann. Das elektrische Licht ermöglicht es desweiteren auch dem Kleinhandwerk in
den Abendstunden noch zu produzieren.
5 DiskussionDas 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 Ein-
satz 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 Pflanzenöl-
treibstoffen 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 wich-
tig, so z.B. die Messung und Berechnung der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit, die Dimen-
sionierung der Turbine und des Generators bei Wasserkraftanlagen, die Kapazität von Biogasanla-
gen und die solare Einstrahlung. Ich konnte demzufolge im Kapitel 4 nur sehr allgemeine Empfeh-
lungen aussprechen, da es fast immer auch in gleichen Klimaregionen von Ort zu Ort unterschiedli-
che 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 Wirtschaft-
lichkeitsbedingungen, Energieverbrauchs- und Versorgungsmuster herrschen. In Entwicklungslän-
dern 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. Fotovol-
taikanlagen 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 in-
34
stallieren, haben eine Betriebsdauer von über 20 Jahren und funktionieren zuverlässig ohne War-
tungsarbeiten. 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 Weltkli-
maregionen nach Köppen, die in deutlich mehr Klimazonen unterteilt ist, eingefügt. Im Anhang fin-
den sich auch Übersichtskarten der Globalen Sonneneinstrahlung und der Windgeschwindigkeiten,
die einen sehr groben Anhaltspunkt für die Einsatzmöglichkeiten der verschiedenen Techniken ge-
ben. 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 Pro-
jektes 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 Dorfge-
meinschaft 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 Tarifsys-
tem gemeinsam mit den Bewohnern erarbeitet werden. All diese Gesichtspunkte sind sehr wichtig
für die erfolgreiche Umsetzung eines Energieprojektes in ruralen Gebieten der Tropen und Subtro-
pen, 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 ZusammenfassungIn 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. Ver-
besserte Biomassekocher reduzieren die Rauchbelastung und damit das Risiko von Atemwegser-
krankungen. Solarthermisch pasteurisiertes oder destilliertes Wasser reduziert Durchfallerkrankun-
gen und damit einen eine großen Faktor der Kindersterblichkeit. Solarthermisch betriebene Trock-
ner oder auch Kühlsysteme konservieren Lebensmittel und tragen so zu einer besseren Nahrungs-
versorgung und zu besseren Vermarktungsmöglichkeiten bei. Licht durch elektrischen Strom aus
Windkraft, Wasserkraft oder Fotovoltaikanlagen ermöglicht Schülern das Lesen auch nach Sonnen-
untergang 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 Pro-
dukte 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 Feuer-
holzsuchen bei der Verwendung von Biogas oder Solarkochern (nicht zu vergessen die ökologi-
schen Folgen bei zu starker Nutzung der vorhandenen Biomasse). Die Verwendung einer Biogasan-
lage reduziert auch die Keim- und Geruchsbelastung durch Fäkalien und stellt zudem einen effekti-
ven Flüssigdünger zur Verfügung. All diese Techniken können die Lebensqualität der Menschen er-
heblich verbessern. Das breite Spektrum der verschiedenen Techniken und ihre Anpassungsfähig-
keit an lokale Gegebenheiten ermöglichen ihren Einsatz fast überall. Wo Wasser fließt können Mi-
krowasserkraftanlagen 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 ge-
nutzt 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 ErklärungHiermit 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
36
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Anhang
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durchschnittliche Windgeschwindigkeiten in m/s gemessen von 1976-1995 von NCEP/NCAR; Quelle: http://www.windatlas.dk/World/Index.htm
Quelle: Thomas B. Johansson et al., 2004: The Potentials of Renewable Energy - Thematic Background Paper, International Conference for Renewable Energies, Bonn 2004
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