Erneuerbare Energien Teil 2) Solarenergie

08.03.2018 10:55 von Sarah Barnert

Solarenergie Energiewende Solarthermie Photovoltaik Mini-PV

Erneuerbare Energien Solarenergie

Sonnenstrahlung deckt 7.500 Mal den aktuellen Jahresbedarf der Menschheit und kann für Strom, Wärme und Mobilität genutzt werden.

Die Sonne bietet durch natürliche Kernfusion das für die Erde größte Potential "unerschöpflicher" Energie. Photovoltaik-Anlagen wandeln Sonnenenergie in elektrischen Strom für Haushaltsgeräte oder Fahrzeuge um. Solarthermie bereitet Sonnenwärme zum Heizen und für Warmwasser auf.


⮩ Das Energieproblem der gesamten Menschheit ließe sich Experten zufolge mit 100% erneuerbarer Energieformen decken. Zumindest technisch wäre dies ohne Versorgungslücken in ca. 30 Jahren machbar. Aber politische und wirtschaftliche Faktoren verzögern die Entwicklung, PV-Anlagen erzeugten im Jahr 2017 lediglich 6,1% des deutschen Strom Mix (Quelle: AGEB e.V. 2018).

Die Energiewende wird von Privatpersonen angetrieben, die schon jetzt in Solarenergie investieren. Für Häuserbauer stellt sich die Frage, ob sie Ihre begrenzte Dach- und Fassadenfläche für Photovoltaik, Solarthermie oder Hybridmodule nutzen.

Solarthermie mit Sonnenkollektoren

Solarthermie

Solarthermie
  • Zur Erwärmung von Brauchwasser und zum Heizen
  • Montage auf sonnenzugewandtem Dach oder Freifläche
  • Anwendbar, je nach Speicher, in Herbst und Frühjahr
  • Lange Lebensdauer der Kollektoren
  • gute wirtschaftliche und energetische Amortisation
Sonnenlicht lässt sich mit hohem Wirkungsgrad in Wärmeenergie zum Heizen und Warmwasser umwandeln. Dafür werden auf Dächer und Freiflächen Solarkollektoren montiert. Sie enthalten meist einen flüssigen Wärmeträger, der Sonnenwärme über Rohrverbindungen ins Haus leitet. Privat genutzte, vollkommen energieautarke Sonnenhäuser sind seit 2007 machbar, aber noch die Ausnahme. Um behagliches Wohnen auch nachts oder an kalten Tagen zu garantieren, gibt es mehrere Speichermöglichkeiten. Heimspeicher werden immer leistungsstärker, kleiner und auch erschwinglicher.

Saisonspeicher, die Wärme über den gesamten Winter abgeben, benötigen noch extrem viel Platz (weniger Wohnraum) und haben hohe Einstandskosten. Bei Neubauten mit guter Wärmedämmung können Sie diese Technologie z.B. unter der Terrasse einplanen. Oftmals ist aber die Grundstückslage nicht ideal, um zu 100% mit Sonne zu heizen. Ein Wert ab 50% ist heute realistisch, Tendenz steigend. Die nötige Restwärme wird z.B. durch die CO2 neutrale Verbrennung von heimischen Holz gedeckt.

Pufferspeicher sind dank geringem Platzbedarf auch nachträglich bei energetischer Sanierung einsetzbar. Diese Speichertechnik ist aber wegen der geringen Sonnenstrahlung in Deutschland über die Wintermonate nicht auseichend. Solarthermie ist glücklicherweise ohne Probleme mit Wärmepumpe, Pellet-, Öl- und Gasheizung kombinierbar. In Herbst und Frühjahr können Pufferspeicher die konventionelle Heizung dann ersetzten.

Strom aus Photovoltaik-Anlagen

Solarzellen wandeln Sonnenlicht in elektrisch verwertbaren Strom. Die großen Solarplatten auf Dach oder Garage gefallen nicht jedem, doch das Aussehen von neuen PV Module ist heute schöner in die Gebäude Architektur integrierbar als zu Beginn der Energiewende. Neu auf dem Markt sind z.B. ansprechende Glas-Solarziegel in Schiefer Optik. Achten Sie beim Kauf darauf, dass ein Wechselrichter zur Einspeisung ins Stromnetz integriert ist. PV Anlagen geben Gleichstrom ab, der ins Wechselstromnetz eingespeist werden soll. Oft sind Wechselrichter aber bereits in der Anlage enthalten.

Solarstrom Vorteile:
  • eignes Stromkraftwerk für Eigenverbrauch und Einspeisung
  • Fester Einspeisetarif für 20 Jahre (EEG)
  • Trotz sinkender Vergütung Rendite möglich
  • Unabhängigkeit vom steigenden Strompreis
  • Lebensdauer der PV-Anlagen um 30 Jahre
  • energetische Amortisation nach wenigen Monaten
  • umweltfreundliche Energieversorgung
  • Keine / Kaum Wartung
Kosten:
  • Anschluss, Montage
  • Photovoltaikversicherung (freiwillig)
  • ggf. Erneuerung des Wechselrichters

Achten Sie auf:
  • Garantie z.B. 25 Jahre auf Mindestleistung der Module

Ihr Dach sollte das zusätzliche Gewicht der Photovoltaikanlage halten können. Bedenken Sie die lange Lebensdauer der Solaranlage. Ggf. Ist es sinnvoll, das Dach vor dem Aufbau zu modernisieren. Die Installation ist aber nicht nur auf dem Haus, sondern mittels PV Solarfassaden oder organischer Photovoltaik als flexible Folie zum Aufkleben auf Fenster möglich. Die Solarfolien sind z.T. weniger als 1 mm dünn und transparent, sodass auch Sie noch Sonnenlicht genießen können. Der Wirkungsgrad deckender Photovoltaik-Folien liegt bei 13%, transparente Solarzellen aus chemischer Verbindung erreichen momentan bereits 7%. Die Folien werden z.B. auf Fenster (auch Autodächer, Boote, Segel, Zelte usw.) aufgetragen und mit einer Anschlussdose verkabelt.

Allgemein gilt:
  • Sonnenstunden im Wohngebiet müssen ausreichend sein
  • keine Beschattung durch Bäume, Hochhäuser
  • Montagefläche ausreichend groß und tragfest

Vergessen Sie nicht, Ihre Solaranlage vor Inbetriebnahme bei der Bundesnetzagentur anzumelden!

Speichertechnik

⮩ Speicher sind förderfähig

Mit intelligenten Speichersystemen ist die Versorgung mit Solarstrom rund um die Uhr möglich. Für Privatanwendung gibt es zurzeit zwei gängige Stromspeicher: Blei- und Lithium-Ionen-Akkus. Lithium-Ionen Speicher, die überlegenere Technik, werden immer kleiner und ansehnlicher. Die Speicher sind z.T. modular erweiterbar und in superschicken Designs erhältlich, sodass sie das Wohnzimmer geradezu aufwerten. Beim Akku-Kauf sollten Sie sich darüber im Klaren sein, wie viel Strom Sie nachts verbrauchen (Stand-by Funktion bei Haushaltsgeräten). Akkus erreichen z.Z. eine Lebensdauer um 20 Jahre.

In der technischen Entwicklung tut sich aber grade viel, die neue Speichertechnik ist vielversprechend. Wir dürfen uns z.B. auf superschnell ladende Solid-State-Akkus freuen. Auch an Solarbatterien / Flüssigbatterien (Redox-Flow) mit sehr langer Lebensdauer und komplett ohne giftige Bestandteile wird noch geforscht. Weitere Testprojekte zur Verbesserung der Nachtspeicher laufen auf Hochtouren. Das solarthermische Kraftwerk Andasol 3 bei Granada, Spanien, verfügt über Wärmespeicher, die auch nachts, bis zu sieben Stunden nach Sonnenuntergang, Strom umwandeln. Die jährliche Leistung beträgt 3 x 50 Megawatt. In der südkalifornische Mojave Wüste statt Ivanpah, das größte Solarkraftwerk der Welt (Stand 03.2018). Es liefert 392 Megawatt über Parabolrinnen-Kollektoren, die ölgefüllte Rohre erhitzen. Diese Wärmeenergie reicht für eine mittelgroße Stadt. Verlustfreier Transport des gewonnenen Stroms über große Entfernungen ist über gekühlte Spezialkabel (Supraleiter) denkbar.

Neuheiten der Solartechnik werden vom 20.-22. Juni 2018 auf der Messe Intersolar in München vorgestellt.

Wärme und Strom aus Photothermie - Hybride Solarmodule

Die sonnenzugewandte Dachfläche ist selbst bei herrschaftlichen Villen begrenzt. Die Überlegung, welchen Platzanteil Solarzellen und Kollektoren bekommen, hat sich dank Solaranlage in Hybridtechnik erledigt.

Bei einfachen PV-Anlagen wird nur knapp 15-20% der Sonnenenergie in Strom umgewandelt, ein beträchtlicher Teil verpufft (noch) als Strahlungswärme. Für die kombinierte Solaranlage musste technisch gelöst werden, das PV Zellen eine deutlich kühlere Betriebstemperatur als Wärme-Kollektoren benötigen. "Doppelgleisige" Photothermie Anlagen können an ein Kühlsystem angeschlossen werden, das dafür aber Energie und Platz für den Wassertank benötigt. Hybridmodule lohnen sich daher nur unter bestimmten Voraussetzungen, z.B., wenn Sie einen hohen Bedarf an Warmwasser haben (Pool, Sauna).

Mit der aus Sonne (oder andern regenerativen Techniken) gewonnenen Strom lässt sich natürlich auch zum Heizen verwenden (Power-to-Heat). Auch die Umwandlung zu Brenngas Methan (Power-to-Gas) ist möglich. Vorteilhaft: Gas lässt sich gut speichern und bestehenden Erdgasanlagen können zum Transport genutzt werden.

Für Mieter gibt es kleinere, modulare Systeme: Mini-PV-Anlage

Balkon Photovoltaik Anlage

Im Gegensatz zu großen PV-Anlagen können Mini-Solar-Photovoltaik-Anlage auch in Mietwohnungen, z.B. auf dem Balkon, Terrasse oder am Fenstergitter aufgestellt werden.
Wer sich als Mieter für Solarstrom interessierte, hatte bisher nur die Möglichkeit, zu einem Ökostrom Anbieter zu wechseln. Seit November 2017 gilt die Vornorm DIN VDE V 0100-551-1, die zum Jahr 2019 als europäische geltende Norm in Kraft tritt. Obwohl Mini-PV-Anlagen nun legal ins deutsche Stromnetz verbunden werden dürfen, unterstützt nicht jeder Netzbetreiber die Technik. Ggf. müssen Sie daher Ihren Anbieter wechseln. Im creoven Büro nutzten wir z.B. Greenpeace Energy. Sie benötigen für Anbauten außerdem die Genehmigung vom Hausbesitzer. Kleinstsolaranlagen decken bei Sonnenstunden 5-10 % des täglichen Strombedarfs. Der gewonnene Strom reicht für Stand-by-Betrieb der Elektrogeräte oder den Geschirrspüler. Das hört sich gut an und der Einstandspreis von wenigen hundert Euro für ein Balkon-Kraftwerk ist verlockend. Da Haushaltselektronik aber verstärkt abends, nach Feierabend genutzt wird, macht ein zusätzliches Speichermodul (Lithium-Ionen-Batterie) Sinn. Hier müssen zurzeit noch Kosten/Nutzen abgewogen werden. Für die Elektroinstallation und ggf. einen neuen Zähler mit Rücklaufsperre fallen weitere Kosten an, die die Amortisationsdauer verlängern. Trotzdem können sich die Mini-Solaranlagen lohnen, es kommt aber auch auf Ihren Standort an. Auf "der Sonnenseite des Gartens" ist PV-Technik effektiver als im Halbschatten.

Tipp: Zum Einspeisen ins Stromnetz ist ein Wechselrichter notwendig, der Gleichstrom zu Wechselstrom wandelt und eine Einspeisesteckdose mit Schuko-Stecker. Plug and Play Module haben bereits einen integrieren Mikro-Wechselrichter für den Anschluss an Haushaltssteckdose.

Gesetze und Solarförderung

Das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) fördert Photovoltaik-Anlagen und Speicher:

BAFA gewährt bis zu 20.000 Euro Zuschuss

Die KfW Bank vergibt günstige Kredite bis 50.000 Euro


Der Eigenbedarf an Strom lässt sich im Mehrfamilienhaus mit Photovoltaik gut decken, ein Überschuss kann gegen Vergütung ins Stromnetz eingespeist werden. Die Höhe der Einspeisevergütung ist für 20 Jahre fix und damit eine lohnenswerte Kapitalanlage. Bei Volleinspeisung lässt sich daher, trotz sinkender Fördersätze, ggf. noch eine Rendite erzielen. Wegen steigenden Strompreisen lohnt sich aber besonders der Eigenverbrauch.

Quellen:
http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10081/151_read-17440/#/gallery/22646
https://www.solaranlage-ratgeber.de/solarthermie/solarthermie-funktionen/solarthermie
https://www.n-tv.de/ratgeber/Mini-Solarmodule-sind-nun-erlaubt-article20178115.html
http://www.energie-fachberater.de/strom-solar/solar/photovoltaik/


Bilder:
pixabay.com
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