In dieser Arbeit wurden die Produktionsfaktoren und Einflussfaktoren, die für eine wirtschaftliche Betrachtung von Photovoltaikanlagen nötig sind, herausgearbeitet und erläutert.
Anschließend wurden die derzeit auf dem Markt verfügbaren Photovoltaiksysteme mit ihren individuellen benötigten Produktionsfaktoren miteinander verglichen und in einer anschließenden Wirtschaftlichkeitsberechnung ihr wirtschaftliches Potenzial analysiert.
Die Analyse hat gezeigt, dass sich im Folge des Erneuerbare-Energien-Gesetz Photovoltaikanlagen in Deutschland wirtschaftlich betreiben lassen und eine positive Rendite erzielen, sofern einige Produktions- und vor allem Standortfaktoren berücksichtigt werden. Dies gilt sowohl für Dach-, als auch für Fassaden- und – mit geringen Einschränkungen – auch für Bodenanlagen. Somit können Investitionen in diesem Bereich der Erneuerbaren Energien durchaus eine alternative Einkommensmöglichkeit für landwirtschaftliche Betriebe in Deutschland darstellen.
This dissertation points out and explains the factors of production and influence concerning the economic view of “Photovoltaikanlagen”.
The “Photovoltaiksysteme” being available on the market right now were compered with each other analysing their economic efficiency.
The analysis has shown, that as a result of the “Erneuerbare-Energien-Gesetz” “Photovoltaikanlagen” can be operated economically and make a profit, if the factors of production and location are taken into consideration. This applies for roof systems as well as front systems. With little restrictions this also applies for ground systems.
Therefore investments in renewable energies are alternative earning potentials for agricultural plants in germany.
Inhaltsverzeichnis
1. Zum Gegenstand und zur Methode
1.1. Problemstellung
1.2. Zielsetzung und Methode
2. Grundlagen der Energiegewinnung mittels Photovoltaikanlagen
2.1. Funktionsweise der Photovoltaikanlagen
2.2. Technische Unterschiede der Module
2.2.1. Kristalline Siliziumzellen
2.2.2. Dünnschichtzellen
2.2.3. Farbstoffzellen
2.3. Das Strahlungsangebot als Einflussgröße der Energiegewinnung
2.3.1. Astronomische Gegebenheiten am Anlagenstandort
2.3.2. Meteorologische Bedingungen
2.3.3. Neigung und Ausrichtung
2.4. Strahlungsgewinn durch Nachführung einer PV-Anlage
2.5. Ermittlung des Strahlungsangebots
2.6. Stromeinspeisung
2.7. Verkabelung
2.8. Einspeisevergütung
2.9. Genehmigung
3. Benötigte Produktionsfaktoren
3.1. Standort/Gebäude
3.2. Zeitbedarf
3.3. Kapital
4. Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlagen anhand unterschiedlicher Fallbeispiele
4.1. Wirtschaftlichkeit von PV-Dachanlagen
4.1.1. Anschaffungs- und Herstellungskosten
4.1.2. Betriebskosten
4.1.3. Gewinnentwicklung bei unterschiedlichen Anlagengrößen
4.1.4. Anlagenvergleich anhand eines 300 m² großen Daches
4.1.4.1. Bewertung der Anlagen und der Gewinne
4.1.4.2. Grenzwerte des Energieertrages
4.1.4.3. Analyse der PV Dachanlage
4.2. Wirtschaftlichkeit von PV-Fassadenanlagen
4.2.1. Anschaffungs- und Herstellungskosten
4.2.2. Betriebskosten
4.2.3. Gewinnentwicklung bei unterschiedlichen Anlagengrößen
4.2.4. Gewinnentwicklung bei unterschiedlichen Jahresenergieerträgen
4.3. Wirtschaftlichkeit von PV-Bodenanlagen
4.3.1. Anschaffungs- und Herstellungskosten
4.3.2. Betriebskosten
4.3.3. Gewinnentwicklung bei unterschiedlichen Anlagengrößen
4.3.4. Gewinnentwicklung bei unterschiedlichen Jahresenergieerträgen
5. Förderung
5.1. Förderung auf Bundes-Ebene
5.2. Förderung auf Landesebene
5.3. Förderung auf kommunaler Ebene
6. Ökologische Analyse
7. Perspektiven
8. Diskussion
9. Zusammenfassung
10. Kurzfassung
10.1. Abstract
Zielsetzung und Themen der Arbeit
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die betriebswirtschaftliche Analyse der Photovoltaik-Technologie für landwirtschaftliche Betriebe unter Berücksichtigung des zum 1. Januar 2004 in Kraft getretenen neuen Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG), um die Rentabilität verschiedener Anlagenkonfigurationen zu bewerten.
- Wirtschaftlichkeitsvergleich zwischen Dachanlagen, Fassadenanlagen und Bodenanlagen.
- Analyse der Kostenfaktoren, einschließlich Investition, Instandhaltung und Betrieb.
- Bewertung verschiedener Modultypen (monokristallin, polykristallin, amorph).
- Ermittlung von Rentenbarwerten und Kapitalrenditen zur Entscheidungsunterstützung.
- Überblick über aktuelle staatliche Förderprogramme und ökologische Rahmenbedingungen.
Auszug aus dem Buch
Funktionsweise der Photovoltaikanlagen
Um aus Solarzellen elektrischen Strom erzeugen zu können, wird die Energie der Sonnenstrahlen benötigt. Diese bestehen aus vielen einzelnen Teilchen (Photonen), die die Energie transportieren. Die verschiedenen Photonen der Sonnenstrahlung haben unterschiedliche Intensitätsgrade wie beispielsweise UV- oder Infrarotstrahlung. Der größte Teil des von der Sonne als Strahlung kommenden Energiestroms wird im sichtbaren Bereich transportiert.
Solarzellen bestehen aus Halbleitern (meist Silizium), die mit Hilfe von Elektronen das Sonnenlicht absorbieren. Hierbei wird die Energie der Photonen auf die Elektronen des Absorbers übertragen. In der Solarzelle bewegen sich diese, bedingt durch die Halbleitereigenschaft der Zelle in eine Vorzugsrichtung und erzeugen so in einem geschlossenen Stromkreislauf elektrische Energie (KNAUPP und STAIß 2000).
Voraussetzung für die Absorption im Halbleitermaterial ist eine Mindestenergie der Photonen, die charakteristisch ist für das verwendete Solarzellen-Basismaterial. Photonen, deren Energie kleiner ist als die charakteristische Mindestenergie, werden nicht absorbiert und sind für den Halbleiter unbrauchbar. Photonen, deren Energie größer ist, können ihre Energie auf die Elektronen im Halbleiter übertragen, jedoch nur in Höhe der jeweiligen Mindestenergie (WÜRFEL 1995).
Am Beispiel von Siliziummodulen lässt sich die Stromerzeugung wie folgt beschreiben: Das Halbleitermaterial besteht aus zwei unterschiedlich dotierten Schichten, die verschiedene Leitereigenschaften besitzen. Mit Phosphor dotiertes Silizium verfügt über ein frei bewegliches Elektron und bildet die n-leitende Schicht. Mit Bor dotiertes Silizium enthält quasi frei bewegliche Elektronen-Löcher und bildet die p-leitende Schicht. Fallen Sonnenstrahlen und somit auch Photonen auf die Solarzelle werden Ladungspaare (Elektronen und Löcher) erzeugt. Bedingt durch die Halbleitervorzugsrichtung werden die Elektronen zur n-Schicht und die Elektronen Löcher zur p-Schicht gezogen, wenn sie in den Übergangsbereich zwischen p- und n leitender Schicht gelangen. An der oberen und unteren Seite der Solarzelle befinden sich jeweils Metallkontakte, an denen die erzeugten Ladungsträger gesammelt werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Zum Gegenstand und zur Methode: Einführung in die Problemstellung durch das neue EEG und Darlegung der methodischen Vorgehensweise bei der Untersuchung der Wirtschaftlichkeit.
2. Grundlagen der Energiegewinnung mittels Photovoltaikanlagen: Erläuterung der physikalischen Funktionsweise der Solarzellen und der technischen Parameter, die das Strahlungsangebot beeinflussen.
3. Benötigte Produktionsfaktoren: Identifikation der zentralen Anforderungen an Standort, notwendige Zeitressourcen und Kapitalbedarf für unterschiedliche PV-Anlagentypen.
4. Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlagen anhand unterschiedlicher Fallbeispiele: Detaillierte finanzielle Modellierung von Dach-, Fassaden- und Bodenanlagen unter variierenden Annahmen zu Anlagengröße und Erträgen.
5. Förderung: Untersuchung der verschiedenen Förderinstrumente auf Bundes-, Landes- und kommunaler Ebene, die Investitionen in Photovoltaik stimulieren.
6. Ökologische Analyse: Betrachtung der Energiebilanz und Treibhausgasemissionen im Vergleich zu anderen Stromerzeugungstechnologien.
7. Perspektiven: Einschätzung der technischen Potentiale und der künftigen Marktentwicklung für Photovoltaik in Deutschland.
8. Diskussion: Kritische Auseinandersetzung mit der Datenlage, den angenommenen Leistungsverlusten der Module und den ökonomischen Grenzwerten.
9. Zusammenfassung: Synthese der Hauptergebnisse hinsichtlich der Investitionsentscheidung für landwirtschaftliche Betriebe.
10. Kurzfassung: Kompakte Darstellung der Kernpunkte der Arbeit inklusive eines Abstracts.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, EEG, Wirtschaftlichkeit, Investitionsrechnung, Rentenbarwert, Kapitalrendite, Erneuerbare Energien, Solarmodule, Silizium, Einspeisevergütung, Landwirtschaft, Standortanalyse, Dachanlagen, Fassadenanlagen, Bodenanlagen.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die wirtschaftliche Rentabilität von Investitionen in Photovoltaikanlagen für landwirtschaftliche Betriebe, basierend auf den regulatorischen Rahmenbedingungen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) von 2004.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf den technischen Grundlagen der Photovoltaik, der Standort- und Ressourcenanalyse, der detaillierten Wirtschaftlichkeitsberechnung verschiedener Anlagentypen sowie einer ökologischen Bewertung.
Was ist das primäre Ziel der Analyse?
Das Ziel ist es, Betrieben durch spezifische Berechnungen und Finanzpläne aufzuzeigen, unter welchen Bedingungen der Bau einer Photovoltaikanlage eine lohnende Einkommensalternative darstellt.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Autor führt eine betriebswirtschaftliche Investitionsanalyse durch, wobei unter anderem der Rentenbarwert und die kumulierte Kapitalrendite herangezogen werden, um unterschiedliche Anlagengrößen und Modultypen zu vergleichen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden detaillierte Finanzpläne für Dachanlagen, Fassadenanlagen und Bodenanlagen erstellt, wobei Kosten für Investitionen, Betrieb und Wartung kalkuliert und gegen die Einspeisevergütung abgewogen werden.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Die wichtigsten Begriffe sind Photovoltaik, EEG, Rentabilität, Investitionsrechnung, Rentenbarwert, Kapitalrendite, Solarmodule und landwirtschaftliche Einkommensalternative.
Warum schneiden monokristalline Module bei begrenzten Dachflächen trotz geringerer Rendite oft besser ab?
Weil sie einen höheren Wirkungsgrad aufweisen und somit pro Quadratmeter Dachfläche einen absolut höheren Gewinn erwirtschaften als andere Modultypen, was sie bei räumlich limitierten Standorten zur richtigen Wahl macht.
Welche Rolle spielen die Grenzwerte (Grenzwert-Jahr und Grenzwert-Gesamt) in der Untersuchung?
Diese Werte definieren die wirtschaftliche Untergrenze für den jährlichen Energieertrag; sie dienen als Indikatoren, um Standorte (z.B. aufgrund ungünstiger Neigung) zu identifizieren, bei denen eine Investition nicht wirtschaftlich rentabel ist.
Wie wirken sich die Förderprogramme auf die Rentabilität aus?
Die Förderung durch das EEG ist ausschlaggebend für die Wirtschaftlichkeit. Zusätzliche Förderungen auf Landes- oder kommunaler Ebene sind jedoch sehr spezifisch und für die allgemeine Rentabilitätsbetrachtung oft zu vernachlässigen.
- Arbeit zitieren
- Stefan Middendorf (Autor:in), 2004, Das neue Energie-Einspeise-Gesetz. Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/31270
