Ist die Energie erst einmal so teuer, dass wir uns die Umstellung nicht mehr leisten können, fällt die Gesellschaft um etwa zweihundert Jahre, in frühindustrielle Verhältnisse zurück. Wenns gut geht.(Quelle: soli fer)
Glossar
Der Grundstoff der Solarzelle / the element of solar cells
Das Silizium, aus dem im wesentlichen die Solarzellen bestehen, ist nach dem Sauerstoff das zweithäufigste Element der Erdrinde und steht damit praktisch unbegrenzt zur Verfügung. Zudem ist es ungiftig und kann nicht korrodieren.
Die Solarzelle / The solar panel
Eine Solarzelle besteht im Prinzip aus zwei kristallinen Siliziumschichten. Diese Schichten werden positiv bzw. negativ dotiert, dass bedeutet mit einer genau festgelegten Anzahl Fremdatome gezielt „verunreinigt“. Diese Verunreinigung führt dazu, dass sich freie Elektronen bilden können, die bei Lichteinfall Strom liefern. Eine Antireflexschicht und die metallischen Kontaktfinger zur Stromleitung machen schließlich aus dem Zellenrohling die fertige Solarzelle. Die zurzeit gebräuchlichsten Zelltypen sind die mono- (bis 18 Prozent Wirkungsgrad) und multikristallinen (13–14 Pro zent Wirkungsgrad) Zellen. Darüber hinaus gewinnen die Dünnschichttechnologien zunehmend an Bedeutung.
Fällt Licht auf eine Solarzelle, fließt elektrischer Gleichstrom.Dieser Effekt verursacht kein Geräusch, keinen Geruch und verbraucht keine Primärenergie sondern liefert umweltfreundlichen Strom.
Strom erzeugen durch Photovoltaik Module / Generate electricity with photovoltaic modules
Werden mehrere Solarzellen zusammengeschaltet spricht man von einem Modul. Die marktüblichen Module haben gemeinsam, dass die Frontseite aus Spezialglas (bruchsicher und sehr lichtdurchlässig) besteht. Bei den Modulvarianten kommen diejenigen mit einem Aluminiumrahmen bzw. die sgenannten Laminate (z.B. Glas-Glas-Laminate bei denen die Solarzellen zwischen zwei Glasplatten liegen)zur Anwendung. Werden 36 oder 72 Zellen in einem Modul verschaltet, ergeben sich Ausgangsspannungen,
die als Basis für ein 12- bzw. 24-Volt-System gut geeignet sind. Der Begriff Solargenerator umschreibt die Gesamtheit der verschalteten Module.
PV-Netzanbindung
Die einfachste und wirtschaftlichste Art, den Strom einer PV-Anlage zu nutzen, bietet das netzgekoppelte System. Hierbei wird der Solarstrom vollständig in das Netz des örtlichen Netzbetreibers eingespeist. Vor der Einspeisung in das öffentliche Netz muss der von den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom mit Hilfe eines so genannten Wechselrichters auf 230 V Wechselspannung transformiert werden. Ein zusätzlicher Einspeisezähler misst die Stromproduktion der Anlage. Sowohl für den Anlagenbetreiber als auch für den Netzbetreiber ist der Zählerbetrieb für die Abrechnung der Einspeisevergütung von Bedeutung. Der Einsatz so genannter Inselanlagen ist aufgrund fehlender Förderung / Einspeisevergütung in Deutschland nur wenig attraktiv. Diese Anlagen kommen nur dort zum Einsatz, wo kein allgemeines Stromversorgungsnetz vorhanden ist. Im täglichen Leben begegnen uns solche Anlagen bei Parkscheinautomaten, Verkehrsüberwachungssystemen und bei der Beleuchtung von Bushaltestellen, da somit auf eine aufwendige Verlegung eines Erdkabels verzichtet werden kann.
PV-Gestaltung
Für PV-Anlagen existieren prinzipiell die selben Installationsvarianten wie für thermische Solaranlagen. Zusätzliche Möglichkeiten bieten Glas-Glas-Laminate auf verglasten Dach- und Fassadenpartien, die sich architektonisch gut einbinden lassen, sowie in die Dacheindeckung integrierte Zellen (z.B. Solarzellen in Dachpfannen). Der Anordnung und farblichen Gestaltung von PV-Modulen sind
fast keine Grenzen gesetzt. Auch in Bezug auf Ausrichtung, Neigungswinkel und Verschattung gelten bei PV-Anlagen ähnliche Rahmenbedingungen wie bei solarthermischen Anlagen. PV-Module reagieren allerdings wesentlich sensibler auf Verschattung.
PV-Größe und Auslegung
Im Gegensatz zu Inselanlagen oder solarthermischen Anlagen gibt es bei netzgekoppelten PV-Anlagen keinen besonderen Dimensionierungsanspruch, denn der erzeugte Strom dient nicht nur dem Eigenbedarf, sondern kann auch verkauft sprich eingespeist werden. Eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von einem Kilo watt-peak (kWp) hat je nach Wirkungsgrad der Anlage einen Flächenbedarf von 6–15 m2 (im Mittel 10 m2). Die Einheit kWp verweist auf die Spit zenleistung einer Anlage, gemessen unter Standardbedingungen, die der Sonneneinstrahlung zur Mittagszeit an einem klaren Sommertag
entspricht. Im privaten Bereich werden Anlagen zwischen 2 und 5 kWp bevorzugt eingesetzt. Grundsätzlich sollte eine netzgekoppelte PV-Anlage aus Kostengründen eine Leistung von mind. 1–2 kWp Leistung haben.
Der jährliche Stromertrag für multikristalline So lar anlagen in NRW beträgt etwa 750–830 kWh/kWp und Jahr.
Zum Vergleich: Der Durchschnittshaushalt in Deutschland hat einen jährlichen Strombedarf von 3.500 kWh. Eine 4 kWp-Anlage führt demnach rein rechnerisch zur Bedarfsdeckung.
Das Wasser in einem schwarzen Gartenschlauch erwärmt sich unter Sonneneinwirkung sehr rasch.
Solarwärmeanlagen – auch solarthermische Anlagen genannt – beruhen auf diesem denkbar einfachen Grundprinzip.
Der Wärme-„Sammler“ (Kollektor)
Der Kollektor einer thermischen Solaranlage hat die Aufgabe einen möglichst großen Teil der einfallenden Strahlung einzufangen und in Wärme umzuwandeln. Damit die gewonnene Wärme nicht verloren geht, muss der Kollektor gut gedämmt sein. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten.
- Der Kollektor wird an den Seiten und auf der Rückseite in Wärmedämmung eingepackt (Prinzip „Pullover“). Nach diesem Prinzip sind sogenannte Flachkollektoren aufgebaut.
- Der Kollektor wird in ein Vakuum verpackt (Prinzip „Thermoskanne“) Nach diesem Prinzip sind so genannte Vakuumröhrenkollektoren aufgebaut.
Damit auch bei ungünstigen Witterungsverhältnissen warmes Trink- oder Heizwasser zur Verfügung steht, ist die Installation eines Solarspeichers notwendig. Bei diesem Speicher handelt es sich um einen gedämmten Wassertank, in den die solarthermisch gewonnene Wärme eingespeist wird. Das so erwärmte Wasser steht auf diese Weise als Trink- oder Heizwasser bereit. Solarspeicher unterscheiden sich von normalen Warmwasser speichern. Sie sind deutlich größer und mit speziellen Wärmetauschern für den Solarkreislauf und die Nachheizung ausgestattet. Außerdem verfügen Solarspeicher über eine besonders gute Isolierung. Bei allen Unterschieden in der Bauart bietet ein Solar speicher denselben Komfort wie ein normaler Warmwasserspeicher.
Auch gesundheitliche Bedenken braucht man hinsichtlich der Wasserqualität nicht zu haben, denn das Trinkwasser durchfließt nicht etwa den Kollektor, sondern wird erst im Speicher durch den Solarwärmetauscher erhitzt. Häufig wird bei Kollektoren nach der Wittterungsbeständigkeit und der Blitzschlag sicherheit gefragt:
In beiden Fällen sind meist keine zusätzlichen Montagen notwendig. Die Anlagen werden an die hauseigene Blitzschutzanlage angeschlossen und sind durch ihre eigene Witterungsbeständigkeit bestens geschützt.
- Solarspeicher sind größer als normale Warmwasserspeicher
- Solarspeicher sind „schlank“ und hoch
- Solarspeicher sind besonders gut isoliert
- Warmes Wasser ist immer verfügbar (Bereitschaftsteil)
- natürliche Wärmeschichtung durch Bauform
In der Regel sind Dacheindeckung, Dachkonstruktionen und Statik des Daches für den Einbau einer Solaranlage geeignet. Bei Schrägdächern besteht die Möglichkeit der Indach- und der Aufdachmontage. Die Aufständerung der Anlage auf Flachdächern setzt eine Bewertung der möglichen Dachlasten voraus. Damit ein möglichst hoher solarer Ertrag erzielt werden kann, sollte das Kollektorfeld einer thermischen Solaranlage nicht verschattet, in einem Neigungswinkel zwischen 30° und 50° montiert und in die
Himmelsrichtung Südost bis Südwest ausgerichtet sein. Aber auch bei geringen Verschattungen und ungünstigerer Ausrichtung lassen sich mit thermischen Solaranlagen noch hohe Erträge erzielen.
Größe und Auslegung
Bei einer thermischen Solaranlage zur Warmwasserbereitung dient der tägliche Warmwasserbedarf der Bewohner als Grundlage für die Auslegung der Anlage. Hierbei wird eine hundertprozentige Deckung in den Sommer monaten angestrebt, was einem jährlichen Deckungsanteil von ca. 60 Prozent entspricht.
Immer häufiger setzen sich kombinierte Anlagen durch, die neben der Trinkwassererwärmung auch die Raumheizung in den Übergangszeiträumen (Frühling, Herbst) unterstützen. Dieser Entwicklung kommt entgegen, dass der Wärmeschutz der Gebäude besser und damit der Heizenergiebedarf geringer wird. Bei der Heizungsunterstützung wer den Kollektorfläche und Speicher im Vergleich zur solaren Brauchwasseraufbereitung deutlich größer dimensioniert. Im Altbau macht dies jedoch nur
bei einer modernen Heizungsanlage und einem guten Wärmeschutz des Gebäudes Sinn.
Unter dieser Voraussetzung können diese Anlagen einen deut ichen Beitrag zur Beheizung des Hauses leisten (20–50 Prozent).
Blockheizkraftwerk, Mini-BHKW / Kraft-Wärme-Kopplung, CHP, mini-CHP
Die Heizung, die Strom macht
Das Thema Energie wird gerade in der Wohnungswirtschaft immer wichtiger. In unserer Serie „Der Energiereport“ wollen wir Trends, aktuelle Entwicklungen und Innovationen auf dem Energiesektor mit praktischem Nutzen für die Verwalterzunft vorstellen. Heute widmet sich Dipl. Ing. Jochen Letsch den Blockheizkraftwerken im Allgemeinen und der Verwendung von Pflanzenöl als Treibstoff im speziellen.
Immer häufiger kommen sowohl in der Industrie als auch in der Wohnungswirtschaft Blockheizkraftwerke (BHKW) zum Einsatz. Ein BHKW besteht meist aus einem Industrie-Verbrennungsmotor, der Wärme und Strom liefert. Aus diesem Grund spricht man von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen. Als Treibstoffe für BHKW kommt Heizöl, Erdgas oder Pflanzenöl in Frage.
BlockheizkraftwerkPrinzipiell ist der Betrieb eines Blockheizkraftwerkes umso günstiger, je höher seine jährliche Laufzeit ist. Dabei bestimmt der Wärmebedarf der versorgten Anlagen oder Gebäude, wieviel Strom produziert wird. Das System BHKW ist also auf ständige gleich bleibend hohe Energieproduktion ausgelegt, weshalb Blockheizkraftwerke bisher in erster Linie in der Industrie zum Einsatz kommen. Dort ist der Heiz- und Strombedarf relativ konstant und auf insgesamt hohem Niveau.
Die Beheizung von Wohnungen stellt hingegen ganz andere Ansprüche an eine Heizanlage. Hier muss zu den Spitzenzeiten morgens und abends sehr viel Energie zur Verfügung stehen, während tagsüber und nachts der Bedarf eher gering ist. Deshalb wird ein Blockheizkraftwerk für die Beheizung von Wohnraum in der Regel auf nur ca. 25 % des maximalen Wärmeleistungsbedarfs ausgelegt und mit einem herkömmlichen Heizkessel zur Abdeckung der Spitzenlast ergänzt. Trotz des relativ geringen Leistungsanteils können so ausgelegte Blockheizkraftwerke ca. 70% der jährlich benötigten Heizenergie liefern.
Im Zusammenspiel mit der Stromproduktion wird der Einsatz eines BHKW wirtschaftlich sinnvoll. Bei Verwendung von Erdgas oder Heizöl in Blockheizkraftwerken garantiert das Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz für Anlagen mit einer Leistung von bis zu 50 Kilowatt (kW), die bis 2008 in Betrieb genommen werden für den erzeugten Strom eine zehnjährige Einspeisevergütung von 5,1 Cent/kWh zusätzlich zum Grundlaststrompreis der deutschen Strombörse in Leipzig. Erst durch diese gesetzlich verbriefte Vergütung wird das BHKW rentabel. Interessant ist diese Art der Beheizung vor allem für große Wohnanlagen mit vielen Wohneinheiten und einer installierten Heizleistung von über ca. 200 kW. Für kleinere Objekte sind so genannte Mini-Blockheizkraftwerke (Mini-BHKW) interessant. Sein Einsatz ist bei einem ungedämmten 6-Familienhaus oder bei Neubauten ab zehn bis zwölf Einheiten interessant. Die Leistung eines Mini-BHKWs beträgt 10 bis 12 Kilowatt (KW) Heizenergie. Für kleinere Wohneinheiten sind so genannte Mini-Blockheizkraftwerke (Mikro-BHKWs) zwar noch nicht marktfähig, allerdings arbeiten einige Unternehmen mit Hochdruck daran, solche kleinen Aggregate zur Serienreife zu entwickeln. Dabei werden auch technische Neuentwicklungen wie Stirlingmotor und Brennstoffzelle zum Einsatz kommen. Deshalb kann man davon ausgehen, dass die Mikro-BHKWs in einigen Jahren auf den Markt kommen.
Schaltplan BHKWEine Weiterentwicklung des BHKW-Konzepts auf Basis von Verbrennungsmotoren stellt die Verwendung von Pflanzenölen dar. Die meistgenutzten Öle einheimischer Pflanzen sind Raps- uns Sonnenlumenöl, technisch erprobt ist aber auch der Einsatz von Soja- und Palmöl. Aus umweltpolitischer Sicht ist es durchaus sinnvoll, das BHKW mit Pflanzenöl anzutreiben, da bei der Verbrennung nur soviel CO2 abgegeben wird, wie beim Wachstum der Ölpflanzen aufgenommen wurde. Somit ist eine CO2-neutrale Wärme- und Stromproduktion möglich. Deshalb garantiert das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) dem Betreiber eines Pflanzenöl-BHKW für 20 Jahre einen festen Preis für die an das Stromnetz gelieferte elektrische Energie. Dadurch wird der Betrieb wirtschaftlich interessant, solange Pflanzenöl zu moderaten Preisen (ca. 50 – 65 Cent/Liter) verfügbar ist. Der Bezug von Pflanzenöl ist über spezialisierte Ölhändler flächendeckend möglich, jedoch sollte eine Tankkapazität von über 30.000 l vorhanden sein, damit die Ladung eines Tankzugs komplett abgenommen werden kann.
Wie in vielen anderen Bereichen spielt auch in der Energiepolitik die Musik in Brüssel. Einer EU-Verordnung zufolge müssen Automobilkraftstoffe bis spätestens 2020 einen zehnprozentigen Bio-Anteil enthalten. Dazu eignen sich in unseren Breiten vor allem Raps- und Sonnenblumenöl. Deshalb rüstet die Mineralölindustrie mächtig auf und sichert sich bereits heute große Kontingente der mitteleuropäischen Ölpflanzenproduktion. Dies wird voraussichtlich zu einer Vergrößerung der Anbaufläche von Ölfrüchten führen. Während in Deutschland die verfügbaren Anbauflächen bald erschöpft sein werden, liegen in den neuen EU-Mitgliedstaaten im Osten große Flächen brach, die genutzt werden können.
Nach Untersuchungen von Universitäten und Instituten wird erwartet, dass Pflanzenöl bis 2020 mit 2000 TWh/Jahr zum Energiemix in Europa beitragen kann, was immerhin ca. der Hälfte des aktuellen Primärenergieverbrauchs Deutschlands entspricht. Bei ökologisch vertretbarer Ausweitung der Anbaugebiete für Ölsaaten könnte theoretisch ein großer Teil der gesamten jährlichen Erdölproduktion durch Pflanzenöl ersetzt werden. Der neue Star der Branche ist die Purgiernuss (Jatropha). Diese Ölnuss ist nicht für den Verzehr geeignet, wächst selbst in wüstenartigen Gegenden und vertreibt sogar Schädlinge. Damit entzieht ihr Anbau niemandem die Nahrungsgrundlage und sie kann in großen Gebieten der Welt angebaut werden. Eine sichere Versorgung mit Bio-Ölen wird deshalb möglich, wenn sie im internationalen Maßstab aufgebaut wird.
Blockheizkraftwerken für Pflanzenölbetrieb ermöglichen deshalb mit relativ geringem Aufwand und auf Grundlage bewährter Technik den Einstieg in eine regenerative Energieversorgung. Das Risiko für den Betreiber ist gering, selbst wenn kein Pflanzenöl zur Verfügung stehen sollte, können diese BHKW immer noch mit Heizöl betrieben werden.
wird noch bearbeitet/ glossary just in progress
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