Energie wird hauptsächlich aus der thermischen Verwertung von fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Öl bzw. Gas gewonnen. Doch diese Ressourcen sind nicht unbegrenzt vorhanden und ihre Gewinnung ist oft mit starken Eingriffen in die Natur verbunden. Hingegen sind die Grundlagen regenerativer Energietechniken unbegrenzt nutzbar, wie Sonnenstrahlung und Windkraft, Gezeiten oder die in den Erdschichten befindliche Wärme.
Durch das zunehmende ökologische Bewusstsein, staatliche Förderungen und Einsparmöglichkeiten sind die nachhaltigen Technologien im Aufwärtstrend und vor dem Szenario der immer knapper werdenden rationellen Energieträger unausweichlich in Betracht zu ziehen.
Ein Aspekt regenerativer Energietechnik sind Photovoltaik-Anlagen, die Strom erzeugen durch das Herauslösen von Elektronen aus einer Siliziumschicht, die beispielsweise mit Bor angereichert ist. Im Laufe eines Jahres entstehen durch die Sonneneinstrahlung pro m²-Erdoberfläche im Durchschnitt 1.000kWh Energie im mitteleuropäischen Raum, dies entspricht ca. 100l Öl.
Dieses Beispiel soll verdeutlichen wie viel, zum größten Teil ungenutztes Potenzial, in der Sonnenenergie vorhanden ist.
Neben den Vorteilen für die Umwelt, vor allem die Reduzierung des CO2-Ausstoßes existieren weitere positive Aspekte für den Besitzer einer PV-Anlage. Dazu zählen die hohen staatlichen Förderungen beim Aufbau einer Anlage und die Wertsteigerung des Gebäudes auf dem sich die Anlage befindet. Weiterhin stellt eine Photovoltaik-Anlage eine Geldanlage mit hoher Rendite dar. Weiter in die Zukunft geschaut ist man autark gegenüber den knapper werdenden Rohstoffen und statt Gewinn durch Verkauf des produzierten Stromes kommt es zu Einspareffekten, dadurch dass man nicht den teuren Strom eines Energielieferanten abnehmen muss.
Zu all diesen Punkten folgen im weiteren Verlauf ausführlichere Informationen. Am Anfang der Arbeit wird auf die Energieentstehung durch Sonneneinstrahlung eingegangen, insbesondere den photoelektrischen Effekt. Im weiteren Verlauf werden die Bestandteile einer Photovoltaik-Anlage und ihre Aufbaumöglichkeiten erläutert, darauf folgt ein Kapitel welches die Finanzierung näher beleuchtet inklusive eines Tools um einen vollständigen Finanzplan zu erstellen. Im Anschluss daran werden Checklisten, die bei der Planung und dem Betrieb helfen sollen, entwickelt und erläutert. Abschließend wird eine Simulationsrechnung für ein Bauprojekt mit dem Programm PV-Sol durchgeführt und erläutert.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1. Einleitung / Einführung
2. Geschichte der Photovoltaik
3. Energieentstehung durch Sonnenlicht
3.1. Strahlungsarten
3.2. Halbleiter
3.3. Photoelektrischer Effekt
3.4. Umwandlung von Strahlung in Energie in Solarzellen
3.4.1. Der pn-Übergang
3.4.2. Der Sperrschicht-Photoelektrische Effekt
4. Bestandteile Photovoltaik-Anlage
4.1. Aufbaumöglichkeiten
4.1.1. Schrägdach
4.1.2. Flachdach
4.1.3. Indachsysteme
4.1.4. Fassade
4.1.5. Bodenaufständerung
4.2. Trägersysteme
4.3. Module
4.3.1. Aufbau
4.3.2. Kristalline Module
4.3.2.1. Monokristalline Zellen
4.3.2.2. Polykristalline Zellen
4.3.3. Dünnschicht-Technologie
4.3.4. Semitransparente Module
4.3.5. Probleme bei PV-Generatoren
4.4. Wechselrichter
4.5. Weitere Komponenten
5. Finanzierung
5.1. Das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG)
5.2. Einnahmen & Kosten
5.2.1. Entwicklung Vergütung & Strompreis
5.3. Bankprogramme
5.4. Steuerliche Betrachtungen
5.4.1. Allgemeines
5.4.2. Gewerbesteuer
5.4.3. Umsatzsteuer & Vorsteuer
5.4.4. Grunderwerbssteuer
5.5. Versicherung
5.6. Einfache Musterrechnung
5.7. Vollständige Finanzierungspläne
6. Checklisten
6.1. Leitlinie Planung
6.2. Standortanalyse
6.3. Ertragsschätzung
6.4. Finanzierung
6.5. Montage
6.6. Betrieb
6.7. Wartung
7. Simulationsrechnungen für Stahlbauprojekt ISSY-Bau
8. Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit hat zum Ziel, Planungshilfen und operative Leitfäden für die Errichtung von Photovoltaik-Anlagen zu entwickeln. Hierbei steht die Verbindung von technischer Anlagenplanung mit der notwendigen Wirtschaftlichkeitsberechnung unter Berücksichtigung gesetzlicher Rahmenbedingungen im Fokus.
- Technische Grundlagen der Energieumwandlung durch Photovoltaik
- Systemkomponenten und verschiedene Installationsmöglichkeiten
- Wirtschaftliche Aspekte inklusive Finanzierung und steuerlicher Rahmenbedingungen
- Entwicklung anwendungsorientierter Checklisten für verschiedene Projektphasen
- Simulationsbasierte Analyse an einem konkreten Modellprojekt (ISSY-Bau)
Auszug aus dem Buch
4.1.1 Schrägdach
Die Montage auf einem vorhanden, bereits eingedeckten Schrägdach ist die häufigste Art einer PV-Installation. Dabei werden auf die Dachsparren Edelstahldachhaken so geschraubt, dass diese in keinem Kontakt mit der Dachhaut stehen. Ansonsten könnten durch eine Lastübertragung Risse entstehen, was unweigerlich dazuführt, dass die Wasserundurchlässigkeit nicht mehr gewährleistet werden kann. Damit die Dachhaken durch die Dachhaut reichen, werden Öffnungen an den Ziegeln geschaffen, durch Abschlagen von Falzen oder Einschneiden mittels Winkelschleifer. Auf die besagten Dachhaken werden horizontale Aluminiumprofil-Schienen geschraubt, die die Module später tragen, welche vertikal darauf befestigt werden.
Es ist jedoch auch möglich die Profile vertikal und die Module horizontal zu befestigen. Dadurch ist unter den Modulen eine bessere Luftzirkulation gegeben, was zu etwas höheren Erträgen führt, da die Module nicht überhitzen. Es muss jedoch eine zweilagige Unterkonstruktion errichtet werden, die 80€/kWp mehr kostet.
Der Neigungswinkel sollte im Idealfall 30° betragen, aber Winkel zwischen 20° und 60° sind ebenfalls geeignet.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung / Einführung: Diese Einleitung beleuchtet die Bedeutung regenerativer Energien und führt in die Thematik der Photovoltaik als eine der zentralen Lösungen für eine nachhaltige Stromerzeugung ein.
2. Geschichte der Photovoltaik: Dieses Kapitel gibt einen historischen Rückblick auf die Entwicklung der Photovoltaik von den ersten wissenschaftlichen Entdeckungen bis hin zur marktreifen Technologie im 20. Jahrhundert.
3. Energieentstehung durch Sonnenlicht: Hier werden die physikalischen Grundlagen der Strahlung sowie der photoelektrische Effekt und die Funktionsweise von Solarzellen auf Halbleiterbasis erläutert.
4. Bestandteile Photovoltaik-Anlage: Dieses Kapitel detailliert die verschiedenen Komponenten einer PV-Anlage, von den Modultypen und deren Aufbau bis hin zu Trägersystemen und der Wechselrichtertechnik.
5. Finanzierung: Es werden die wirtschaftlichen Aspekte beleuchtet, insbesondere das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), Förderprogramme, steuerliche Rahmenbedingungen und Ansätze zur Erstellung von Finanzierungsplänen.
6. Checklisten: Dieses Kapitel dient als Basis für die in der Arbeit entwickelten operativen Checklisten, welche die Phasen von der Planung bis zur Wartung abdecken.
7. Simulationsrechnungen für Stahlbauprojekt ISSY-Bau: Hier erfolgt eine praktische Anwendung der zuvor erläuterten Methoden zur Ertragsschätzung anhand eines konkreten Modellprojekts.
8. Fazit: Das Fazit fasst die Ergebnisse zusammen und bewertet die Bedeutung der Integration von Photovoltaik-Technologien in die Gebäudeplanung unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, Solarenergie, regenerative Energien, Erneuerbare Energien Gesetz, EEG, Solarmodule, Wechselrichter, Finanzierung, Wirtschaftlichkeitsberechnung, Investition, Projektplanung, Montage, Wartung, Ertragsprognose, Dachintegration.
Häufig gestellte Fragen
Was ist das grundlegende Ziel dieser Arbeit?
Das primäre Ziel ist die Entwicklung von Checklisten und Arbeitsanweisungen, die Fachplaner und Investoren bei der Planung, Errichtung und dem wirtschaftlichen Betrieb von Photovoltaik-Anlagen unterstützen sollen.
Welche zentralen Themenfelder deckt das Dokument ab?
Die Arbeit behandelt die physikalischen Grundlagen der Energieumwandlung, die technischen Komponenten, die steuerliche und finanzielle Planung sowie die operative Projektabwicklung mittels Checklisten.
Welchen Stellenwert nimmt die Wirtschaftlichkeitsberechnung ein?
Sie nimmt einen zentralen Stellenwert ein, da die Arbeit explizit Finanzierungsmöglichkeiten, Bankprogramme und steuerliche Aspekte beleuchtet, um die Rentabilität von PV-Projekten nachvollziehbar zu machen.
Welche wissenschaftliche Methodik wurde angewandt?
Die Arbeit kombiniert eine theoretische Aufarbeitung der Grundlagen und gesetzlichen Rahmenbedingungen mit der Erstellung praxisnaher Planungstools und einer simulationsgestützten Untersuchung an einem konkreten Fallbeispiel (ISSY-Bau).
Welche Aspekte der Montage werden im Hauptteil diskutiert?
Es werden verschiedene Aufbausituationen (Schrägdach, Flachdach, Fassade, Boden) sowie die damit verbundenen Anforderungen an Trägersysteme und die Sicherheit bei der Installation detailliert erläutert.
Warum sind die entwickelten Checklisten wichtig?
Sie bieten eine strukturierte Vorgehensweise für die verschiedenen Projektphasen, minimieren Planungsfehler und erleichtern die Dokumentation sowie die Kommunikation zwischen Planern, Banken und Errichtern.
Wie werden die unterschiedlichen Modultypen im Vergleich bewertet?
Die Arbeit unterscheidet zwischen monokristallinen, polykristallinen und Dünnschichtmodulen und bewertet diese hinsichtlich Wirkungsgrad, Herstellungsprozess, Kosten und Eignung für verschiedene Standortbedingungen.
Welche Bedeutung hat das EEG für die Wirtschaftlichkeit?
Das EEG bildet die rechtliche und finanzielle Grundlage für die Einspeisevergütung, die für die langfristige Kalkulation der Rendite einer Photovoltaik-Anlage entscheidend ist.
Was zeigt das Simulationsbeispiel "ISSY-Bau" auf?
Das Beispiel zeigt konkret auf, wie unterschiedliche Dachausrichtungen und Modultypen die Energieerträge und damit die Rendite einer PV-Anlage beeinflussen.
Welche Rolle spielt die Wartung für die Anlagenleistung?
Die Arbeit verdeutlicht, dass eine regelmäßige Wartung essenziell ist, um frühzeitig Mängel zu erkennen, Leistungseinbußen durch Verschmutzung oder technische Defekte zu vermeiden und die Lebensdauer der Anlage zu sichern.
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- B.Sc. Alexander Liebram (Author), 2009, Erstellung von Checklisten und Arbeitsanweisungen zur Planung und Errichtung von Photovoltaik-Anlagen incl. Wirtschaftlichkeitsberechnungen , Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/140204
