Alternative Energieformen gewinnen sowohl aus ökologischen, als auch aus ökonomischen Gesichtspunkten weiter an Bedeutung. Unternehmen und Private versuchen durch erneuerbare Energiequellen kostengünstig Energie zu erzeugen. In dieser Arbeit wird die Möglichkeit der Stromgewinnung durch Photovoltaik-Anlagen im Einfamilienhaus in Ebreichsdorf analysiert. Es werden sowohl die technischen, als auch die wirtschaftlichen Voraussetzungen für den Einsatz einer Photovoltaik-Anlage beleuchtet. Es wird der Einsatz von netzgekoppelten Anlagen und Insel-Anlagen verglichen. Als besonderer Schwerpunkt werden die Möglichkeiten der Förderung durch die öffentliche Hand beleuchtet und kritisch hinterfragt.
Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG
1.1 PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG
1.2 AUFBAU DER ARBEIT
2. BEGRIFFSERKLÄRUNG „PHOTOVOLTAIK“
2.1 HISTORISCHE ENTWICKLUNG DER PHOTOVOLTAIK
2.2 TECHNISCHE GRUNDLAGEN DER PHOTOVOLTAIK
3. ENERGIEPRODUKTION DURCH DIE PHOTOVOLTAIK-ANLAGE
3.1 TECHNISCHE VORAUSSETZUNGEN
3.2 LEISTUNGSVERMÖGEN EINER PHOTOVOLTAIK-ANLAGE
3.3 LEBENSDAUER EINER PHOTOVOLTAIK-ANLAGE
4. VERWERTUNG DES ERZEUGTEN STROMS
4.1 MÖGLICHKEIT DER STROMEINSPEISUNG INS BESTEHENDE STROMNETZ
4.2 DIE INSELANLAGE ALS ALTERNATIVE ZUR EINSPEISUNG
5. KOSTEN UND LEISTUNG DER PHOTOVOLTAIK-ANLAGE IN EBREICHSDORF
5.1 KALKULATION DER KOSTEN DER PHOTOVOLTAIK-ANLAGE
5.2 KALKULATION DER LEISTUNG DER PHOTOVOLTAIK-ANLAGE
6. EINNAHMEN DURCH DIE NETZEINSPEISUNG
7. FÖRDERUNGSMÖGLICHKEITEN DURCH DAS LAND NIEDERÖSTERREI CH
7.1 DER ENERGIEAUSWEIS
7.2 FÖRDERUNGSMÖGLICHKEITEN FÜR DIE ERRICHTUNG EINER PHOTOVOLTAIK- ANLAGE
7.3 FÖRDERUNGSMÖGLICHKEIT DER NETZEINSPEISUNG
8. KOSTEN-NUTZEN-RECHNUNG UND AMORTISATIONS-DAUER DER PHOTOVOLTAIK-ANLAGE AM BEISPIEL EINFAMILIENHAUS IN EBREICHSDORF
8.1 AMORTISATIONSDAUER EINER NETZGEKOPPELTEN ANLAGE
8.2 AMORTISATIONSDAUER EINER INSELANLAGE
9. SCHLUSSFOLGERUNG
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
TABELLENVERZEICHNIS
LITERATURVERZEICHNIS
1. Einleitung
Effiziente und nachhaltige Nutzung der vorhandenen Energieressourcen ist nicht nur auf Grund des Umweltschutzgedankens, sondern auch wegen wirtschaftlicher Überlegungen ein überaus aktuelles Thema. Neben den großen Unternehmen haben auch einzelne Personen und private Haushalte die Möglichkeit durch Nutzung kostenloser Energiequellen wie der Sonnenkraft Energie zu gewinnen. Nicht zuletzt nach den Stromausfällen im Osten der USA und Kanada, in London und in Italien in den ersten Jahren des neuen Jahrtausends haben gezeigt, dass die so als selbstverständlich verstandene Versorgung von Energie alles andere als selbstverständlich ist.1
Mit Blick auf die steigenden Öl- und Gaspreise der vergangenen Jahre und der zu erwartenden anhaltenden Preissteigerungen rücken alternative Energiequellen immer mehr in den Mittelpunkt der öffentlichen Aufmerksamkeit. Die Sonne liefert ein Vielfaches der vom Menschen benötigten Energie und könnte somit bei effizienter Nutzung die Energieversorgung weltweit auf Dauer sichern. „Die Strahlungsenergie unserer Sonne ist heute die einzige unerschöpfliche Energiequelle der Menschheit.“2Voraussetzung um diese unerschöpfliche Energiequelle sinnvoll zu nutzen ist, dass die technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen vorhanden sind um die Sonnenenergie auch jedermann sinnvoll zugänglich zu machen.
1.1 Problemstellung und Zielsetzung
In dieser Bachelorarbeit werden anhand eines Einfamilienhauses in Ebreichsdorf, zurzeit im Rohbau, die wirtschaftlichen Vor- und Nachteile einer Photovoltaik-Anlage im Privatbau aufgezeigt und analysiert. Folgende Aspekte werden diskutiert: welche technischen Voraussetzungen werden an eine Photovoltaik-Anlage für ein Einfamilienhaus gestellt, in welchem Ausmaß besteht die Möglichkeit der Energiekosteneinsparung im Land Niederösterreich und wie stark forcieren oder bremsen die derzeitigen Förderungen der öffentlichen Hand die Entwicklung und Ausbreitung von Photovoltaik-Anlagen im Land Niederösterreich.
Die zentrale Fragestellung lautet: Wie sehr bzw. ab welchem Jahresenergieverbrauch ist der Einbau einer Photovoltaik-Anlage für ein Einfamilienhaus in Niederösterreich ökonomisch sinnvoll?
1.2 Aufbau der Arbeit
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der alternativen Energiegewinnung im privaten Haushalt. Im Speziellen wird die Stromversorgung eines Einfamilienhauses durch die Umwandlung der Sonnenenergie in elektrischen Strom beleuchtet. Hierzu wird ein Bogen von den ersten Schritten der Photovoltaik bis hin zu heutigen Einsatzmöglichkeiten gespannt. Im Mittelpunkt steht die wirtschaftliche Sinnhaftigkeit des Einsatzes einer Photovoltaik-Anlage in einem Einfamilienhaus in Niederösterreich beim heutigen Stand der Technik und derzeit gültigen Förderungen durch die öffentliche Hand.
Die Arbeit ist in neun Kapitel gegliedert, wobei nach der Einleitung in Kapitel 2 der Begriff Photovoltaik näher erklärt wird. Hierbei wird ein Blick auf die Geschichte der Nutzung der Sonnenenergie geworfen, der Marktanteil verschiedener Länder betrachtet und die technischen Grundlagen der Photovoltaik erläutert.
Im darauffolgenden Kapitel 3 stehen die heutigen Möglichkeiten der Energieproduktion mittels einer Photovoltaik-Anlage im Blickfeld. Hierbei werden technische Voraussetzungen für die Errichtung einer Photovoltaik- Anlage, deren Leistungsvermögen und Lebensdauer in den Mittelpunkt gerückt.
Kapitel 4 handelt von der wirtschaftlichen Verwertung der gewonnenen Energie. Hier wird zwischen der netzgekoppelten Anlage und der Insel-Anlage unterschieden.
Anhand des Beispiels eines Einfamilienhauses in Ebreichsdorf werden in Kapitel 5 konkret die Kosten sowie das Leistungsvermögen einer Photovoltaik-Anlage kalkuliert.
In Folge werden in Kapitel 6 die Einnahmen durch die Netzeinspeisung in das vorhandene Stromnetz in Ebreichsdorf berechnet.
Um die finanziellen Einnahmemöglichkeiten zu optimieren stehen in Kapitel 7 die Fördermöglichkeiten für das Einfamilienhaus in Ebreichsdorf im Mittelpunkt.
Auf Basis der in den zuvor angeführten Kapiteln erarbeiteten Informationen wird in Kapitel 8 eine Kosten-Nutzen-Rechnung aufgestellt und die Amortisationsdauer der beiden Varianten, netzgekoppelte Anlage und Insel- Anlage, errechnet.
Abgeschlossen wird diese Arbeit in Kapitel 9 mit einer kritischen Betrachtung der wirtschaftlichen Sinnhaftigkeit einer Photovoltaik-Anlage für ein Einfamilienhaus beim heutigen technischen Standard und den gegebenen Förderungen des Landes Niederösterreich.
2. Begriffserklärung „Photovoltaik“
Die Photovoltaik ist ein Teilgebiet der solaren Energiegewinnung. Man darf diese nicht mit der Solarthermie verwechseln. Während bei der thermischen Sonnenenergienutzung die Umwandlung von Sonnenstrahlen in Wärme erreicht wird, kann man bei der Photovoltaik durch Sonnenenergie elektrischen Strom erzeugen.
„Der Begriff „Photovoltaik“ definiert die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie in Elektrizität. Licht aus diffuser oder direkter Solarstrahlung setzt in Solarzellen unter normalen Bedingungen elektrische Ladungen frei und erzeugt an den Kontakten der Zelle eine elektrische Spannung. Diesen Effekt nennt man den „photovoltaischen Effekt“ – von „photo“ gleich Licht und „Volt“, der Maßeinheit für die Spannung.“3
Mit Hilfe des photovoltaischen Verfahrens wird die vorhandene Strahlungsenergie der Sonne in elektrischen Strom umgewandelt. Das photovoltaische Verfahren könnte man auch als lichtelektrisches Verfahren bezeichnen, denn vereinfacht ausgedrückt wird, durch auf Solarzellen auftreffendes Licht elektrischer Strom erzeugt.4
2.1 Historische Entwicklung der Photovoltaik
„Die Photovoltaik ist eine faszinierende Technik zur Umwandlung der Sonnenenergie in elektrischen Strom. Die Grundlagen der Umwandlung von Licht in elektrischen Strom über den inneren lichtelektrischen Effekt sind zwar schon mehr als 150 Jahre bekannt, die technische Anwendung der Photovoltaik-Anlage begann aber erst mit dem Beginn der Raumfahrt Mitte der 50er Jahre und später auch für terrestrische Einsatzbereiche5.“6Erstmals gelang es 1954 eine Solarzelle aus Silizium herzustellen.7Der „Action Plan for the Human Environment“ der UNO aus dem Jahre 1972 brachte das Thema nachhaltige Entwicklung im Energiesektor erstmals auf die weltweite Bühne der Politik.8 „Seit der Ölpreiskrise 1973 ist das Interesse an der Photovoltaik als terrestrische Energiequelle stetig gewachsen.“9Außerdem wirkt der ansteigende Energiebedarf als zusätzlicher Motor der Entwicklung alternativer Energiequellen. So ist der Weltprimärenergieverbrauch in den Jahren 1973 bis 2000 um 165% gestiegen.10
Seit Beginn des neuen Jahrtausends erlebte man einen massiven Aufschwung der Photovoltaik. Von 1999 bis 2005 hat sich der Weltmarkt in nur sechs Jahren auf ungefähr 1.400 MWp11verzehnfacht.
Global betrachtet ist Deutschland der Motor der Entwicklung. Dort wurde im Jahr 2000 mit dem Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) erstmals die Investition in einer Solarstromanlage für jeden wirtschaftlich sinnvoll gemacht.12Deutschland ist mit 660 MWp im Jahr 2007 die klare Nummer eins beim Einsatz von Photovoltaik-Anlagen weltweit. In Deutschland werden im Vergleich zum zweitgrößten Erzeuger von Photovoltaik-Energie, Japan, wo der Einsatz von Photovoltaik-Anlagen ebenfalls intensiv gefördert wird13, doppelt soviel MWp erreicht. Die USA findet sich erst auf Platz drei wieder. Österreich müsste bei gleicher Nutzung der Photovoltaik-Technik wie Deutschland anhand der Einwohnerzahl errechnet in etwa 66 MWp Leistungsvermögen vorweisen, ist im weltweiten Vergleich allerdings nicht erwähnenswert.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Abschätzung PV-Weltmarkt 2006. (Entnommen aus: Erneuerbare Energie – Zeitschrift für eine nachhaltige Energiezukunft. 2006-03. S.5).
„Diese Entwicklungen zeigen, dass die Photovoltaik international als ernst zunehmende Technologie zunehmend anerkannt ist und sich weltweit eine bemerkenswerte Industrie ausbildet. Angesichts der dringenden Aufgaben – Reduktion der Importabhängigkeit von Energieressourcen und der Reduktion der Treibhausgase, um den Klimawandel zu verlangsamen – setzen immer mehr Länder auf die erneuerbaren Energien. Mit dem Einspeisevergütungsmodell steht dafür ein bewährtes und äußerst erfolgreiches Förderinstrument bereit. Selbst in Mitteleuropa wird die Photovoltaik in etwa 10 Jahren zum Endkundenstrompreis wettbewerbsfähig sein; in Südeuropa und anderen sonnigen Regionen ist dies noch früher der Fall.“14
Im österreichischen Privatgebrauch steigt das Interesse an Solarenergie allgemein weiter an. So würden gerne ein Viertel aller Hausbesitzer mit Sonnenenergie heizen.15Die Photovoltaik ist in Österreich noch nicht sehr weit verbreitet. So wurden im Jahr 2005 insgesamt nur knapp über 15 MW16durch Photovoltaik-Anlagen erzeugt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Netzgekoppelte PV-Anlagen im Vertragsverhältnis 2006. (Entnommen aus: Erneuerbare Energie – Zeitschrift für eine nachhaltige Energiezukunft. 2006-03. S.9).
Auch in Österreich ist das Einspeisevergütungsmodell eingeführt worden. Bislang wird es vor allem in Vorarlberg genutzt, wodurch das, an der Bevölkerungszahl gemessen zweitkleinste Bundesland Vorarlberg im Jahr 2005 über 50% der netzgekoppelten Photovoltaik-Anlagen in Österreich beheimatete. Niederösterreich, das mit 1.545.804 Einwohnern17zweitgrößte Bundesland, ist Heimat von fast fünf Mal so vielen Menschen. Es liegt mit nur 4% der netzgekoppelten Photovoltaik-Anlagen in Österreich aber weit hinter dem westlichsten Bundesland zurück. Österreichweit betrachtet kann man bei der Nutzung der Photovoltaik als Energiequelle durchaus von einem West-Ost- Gefälle sprechen. So sind auch Wien und Burgenland in der Statistik noch weit hinter Vorarlberg, Salzburg, Kärnten, Steiermark oder Oberösterreich zu finden. Einzig in Tirol als westliches Bundesland wird die Photovoltaik so wenig genutzt wie im Osten.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: Ökostrom-Einspeisemengen im Jahr 2005 (Entnommen aus: Erneuerbare Energie – Zeitschrift für eine nachhaltige Energiezukunft. 2006-03. S.10).
Im Vergleich zu anderen Ökostromerzeugern ist die Photovoltaik in Österreich noch unterentwickelt. So ist Österreich traditionell ein Land der Wasserkraftwerke. Es wird mit 3.558 GWh18 weit mehr als die Hälfte des in Österreich erzeugten Ökostroms durch die Wasserkraft gewonnen. Die Photovoltaik ist in diesem Bereich mit 13 GWh eine verschwindend kleine Energiequelle und stellt somit auch nur 0,23% des gewonnenen Ökostroms dar und findet sich hinter Windkraft, Biomasse und Deponie- und Klärgas wieder. Von den derzeit genutzten Möglichkeiten der Ökostromerzeugung wurde einzig die Geothermie in Österreich im Jahr 2005 noch weniger zur Energiegewinnung herangezogen.
2.2 Technische Grundlagen der Photovoltaik
„Der photovoltaische Effekt kann vereinfacht so beschrieben werden: Licht, eine Form von Energie dringt in eine photovoltaische Zelle ein und überträgt genug Energie, um Elektronen freizusetzen. Eine Potenzialbarriere in der Zelle trennt die positiven und negativen Ladungsträger, so dass eine Spannung entsteht. Diese Spannung kann genutzt werden, um einen Strom in einem elektrischen Stromkreis fließen zu lassen.“19
Eine Photovoltaik-Anlage besteht in erster Linie aus photovoltaischen Modulen, das sind „Halbleiter, die Sonnenstrahlung unmittelbar in elektrische Energie umwandeln, ohne dass bewegliche Teile oder Brennstoff erforderlich wären, und praktisch ohne dass Schadstoffe im Verlauf ihres Lebenszyklus entstehen.“20 Mit Hilfe von Solarzellen die zu Solarmodulen verbunden werden findet die Umwandlung der Sonnenenergie in elektrischen Strom statt.21
[...]
1 Vgl. Stiftung Bauwesen, 2004, S. 13.
2 Wagemann, 2007, S. 1.
3 Rexroth, 2002, S. 153.
4 Vgl. Staab, 2001, S. 67.
5 Terrestrische Einsatzbereiche = Einsatzbereiche auf der Erde 6 Wilk, 1995, S. 5.
7 Vgl. Witzel, 2004, S. 36.
8 Vgl. Hake, 2002, S. 7.
9 Wilk, 1995, S. 10.
10 Vgl. Schuster, 2004, S. 8.
11 MWp = Megawattpeak = 1.000.000 Wattpeak 12 Vgl. Stryi-Hipp, 2006, S. 4.
13 Vgl. Hake, 2002, S. 135.
14 Stryi-Hipp, 2006, S. 7.
15 Vgl. http://www.immobilien-zeitung.de//htm/news.php3?id=23611, Stand vom 18.7.2007.
16 MW = 1.000.000 Watt
17 Vgl. http://www.statistik-austria.at/web_de/statistiken/bevoelkerung/volkszaehlungen/ bevoelkerungsstand/023290.html, Stand vom 14.1.2008.
18 1 GWh =1.000.000.000 Watt
19 Rexroth, 2002, S. 153.
20 Hullmann, 2000, S. 9.
21 Vgl. http://www.pvaustria.at/content/page.asp?id=64, Stand vom 1.8.2007.
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