Die deutschen Stromversorger wollen erneuerbare Energien langfristig zur vierten Säule des Energiesystems im Mix mit fossilen Brennstoffen, Kernenergie und rationeller Energieverwendung entwickeln. Dies ist aus Gründen des Umweltschutzes und der Ressourcenschonung geboten. Das Fundament für die „vierte Säule“ scheint schon gelegt, wie aus einer neuerlichen Umfrage der Vereinigung Deutscher Elektrizitätswerke (VDEW / Frankfurt/M.) hervorgeht. Danach haben die Stromversorger voriges Jahr mit 18,7 Mrd. kWh bereits 7 % mehr Strom aus Wasserkraft, Biomasse, Müll, Wind und Solarstrahlung gewonnen als 1992. Auch die Einspeisung aus Anlagen Dritter nahm um gut 70 % zu. Insgesamt haben erneuerbare Energien 1994 etwa 4,7 % des Stromverbrauchs aus dem öffentlichen Versorgungsnetz gedeckt - gegenüber 4,3 % zwei Jahre zuvor. Wie die Stromversorger neue Techniken erproben, um sie wirtschaftlich zu machen, zeigt eine Reihe von Beispielen auf: die Beteiligung am 1-MW-Photovoltaik-Kraftwerk im spanischen Toledo und die Solarsiedlung in Essen (RWE) oder die Kombination einer Photovoltaik- und einer Windkraftanlage mit einem Pumpspeicher-Kraftwerk (HEW) sowie mehrere Photovoltaik-Fassaden an Gebäuden von Versorgungsunternehmen unterschiedlicher Größe. Gerade dieser zuletzt genannten Anwendungsform widmet sich diese Diplomarbeit, da in ihr noch riesige Potentiale (auch im Zusammenhang mit den geplanten Modernisierungsarbeiten am Weinhold-Bau) liegen, um die solare Energieproduktion zu steigern, Gebäude technisch und optisch aufzuwerten und wertvolle Flächenpotentiale für die solare Stromerzeugung direkt am Verbraucher zu nutzen.
Die Sonnenenergie ist die Energiequelle der Zukunft. Sie ist unerschöpflich, umweltfreundlich und ästhetisch gestaltbar in Form von Photovoltaik. Diese Zukunftsenergie trägt die Photovoltaik in sich, so daß sich Umweltschutz, Hochtechnologie und Zukunftsorientierung in ihr symbolisch vereinen.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
2 SOLAR-STROM-VERSORGUNGSSYSTEME
2.1 ANFORDERUNGEN AN PHOTOVOLTAIK-ANLAGEN
2.2 ARTEN VON PHOTOVOLTAIK-ANLAGEN
2.2.1 autonome Solarstrom-Systeme
2.2.2 Netzgekoppelte Anlagen
2.2.3 einsetzbare PV- Materialien
3 NETZGEKOPPELTE ANLAGEN
3.1 PRINZIP VON NETZGEKOPPELTEN ANLAGEN
3.2 STRUKTUR UND AUFBAU VON NETZGEKOPPELTEN ANLAGEN
3.3 EINSETZBARE WECHSELRICHTERARTEN
4 ENERGIE, STRAHLUNG, STROMPRODUKTION, -VERBRAUCH
4.1 DAS ENERGIEANGEBOT DER SONNE
4.2 BEDARF IN ÖFFENTLICHEN GEBÄUDEN
4.3 BEDARF IN HAUSHALTEN
4.4 DIMENSIONIERUNG VON NETZGEKOPPELTEN PV-ANLAGEN
5 PHOTOVOLTAIK IN DER ARCHITEKTUR
5.1 FARBEN UND MAßE VON PV-MODULEN
5.2 NEIGUNG UND ORIENTIERUNG AN FASSADEN
5.3 EINSPEISEVORSCHRIFTEN DER EVU
6 AUFGLIEDERUNG/OPTIMIERUNG DER FUNKTIONS-MONTAGE-GRUPPEN
6.1 VERSCHALTUNG DER PV-MODULE
6.2 WECHSELRICHTERKONZEPTE
6.3 VARIANTEN DER NETZEINSPEISUNG
7 ERRICHTUNG, INSTALLATION VON PV-ANLAGEN
7.1 ELEKTROINSTALLATION / BLITZSCHUTZ
7.2 MONTAGE DER PV-MODULE
7.2.1 Sonnenschutzmarkisen
7.2.2 Kaltfassade
7.2.3 Warmfassade
7.3 WARTUNG / REPARATUR
8 KOSTEN, WIRTSCHAFTLICHKEIT, FÖRDERUNGEN, PERSPEKTIVEN
8.1 KOSTEN
8.2 WIRTSCHAFTLICHKEIT
8.3 ÖKOLOGIE
8.4 FÖRDERUNGEN
8.5 EINSPEISEVERGÜTUNGEN
9 MÖGLICHKEITEN AN DER UNIVERSITÄT CHEMNITZ
10 ARCHITEKTONISCHE ANSÄTZE ZUR GEBÄUDEHÜLLENGESTALTUNG
11 ZUSAMMENFASSUNG
12 THESEN
Zielsetzung und Themen
Die Arbeit untersucht die theoretischen Grundlagen und die Projektierung einer Solarfassade. Das primäre Ziel ist es, das Potential für die solare Energieproduktion an Gebäudefassaden aufzuzeigen, wobei die Forschungsfrage darauf fokussiert, wie Gebäude technisch und optisch durch Photovoltaik aufgewertet werden können und wie sich wertvolle Flächenpotentiale für die solare Stromerzeugung direkt am Verbraucher nutzen lassen.
- Theoretische Grundlagen von Photovoltaik-Systemen
- Struktur und Anforderungen netzgekoppelter Anlagen
- Integration von Photovoltaik in die Gebäudehülle
- Dimensionierung von PV-Fassaden am Beispiel des Weinhold-Baus
- Wirtschaftliche und ökologische Aspekte von Solaranlagen
Auszug aus dem Buch
2.2.3.3 Amorphe Siliziumzellen
Diese Art der Solarzellen läßt sich in fast beliebigen Abmessungen und Strom- bzw. Spannungswerten herstellen, da bei der Herstellung von amorphen Siliziumsolarzellen (-Si) die Siliziumschicht auf ein Trägersubstrat, in der Regel Glas, aufgedampft wird. Amorphe Siliziumzellen haben eine gleichmäßige Oberflächenstruktur und Farbe und können in unterschiedlicher Lichtdurchlässigkeit (zwischen 30 und 80%) hergestellt werden. Die amorphen Zellen schimmern gleichmäßig dunkelbraun bis rötlich, ohne kristalline Strukturierung und völlig ohne die von den kristallinen Zellen her gewohnte silbrige feine Gitterstruktur der Stromableiter auf der Oberfläche (Abbildung 3). Mit hauchdünnen Schichten bedampfte Glasscheiben sind für das Sonnenlicht teilweise durchlässig und erzeugen gleichzeitig Strom, der von dünnen Leiterbahnen transportiert werden kann. In Bürohochhäusern läßt sich durch solche, wie getönte Scheiben aussehende, Solarzellen zumindest ein Teil der Energiekosten sparen.
Der geringe Anfangswirkungsgrad und die darauf wirkenden Einflüsse des Staebler-Wronski-Effektes sind zwei große Nachteile der amorphen Siliziumzellen. Die Probleme der Langzeitstabilität der elektrischen Eigenschaften (Degradation) der amorphen Siliziumzellen sind bisher nur zum Teil gelöst. So ist in den ersten Monaten des Einsatzes solcher Zellen mit einer Verringerung des Zellenwirkungsgrades von 8 auf 5 bis 6% zu rechnen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Die Arbeit thematisiert die Rolle erneuerbarer Energien als vierte Säule der Energieversorgung und den spezifischen Fokus auf Photovoltaik-Fassaden.
2 SOLAR-STROM-VERSORGUNGSSYSTEME: Dieses Kapitel definiert die Anforderungen an Photovoltaik-Anlagen und unterscheidet zwischen autonomen und netzgekoppelten Systemen sowie verschiedenen Zellmaterialien.
3 NETZGEKOPPELTE ANLAGEN: Hier werden das Prinzip, die Struktur und die verschiedenen Wechselrichterarten für netzgekoppelte Anlagen detailliert beschrieben.
4 ENERGIE, STRAHLUNG, STROMPRODUKTION, -VERBRAUCH: Der Abschnitt analysiert das solare Energieangebot, den Bedarf in verschiedenen Gebäudetypen und die Dimensionierung von PV-Anlagen.
5 PHOTOVOLTAIK IN DER ARCHITEKTUR: Dieses Kapitel behandelt die ästhetischen Aspekte wie Farben und Maße von Modulen sowie Neigung, Orientierung und Einspeisevorschriften.
6 AUFGLIEDERUNG/OPTIMIERUNG DER FUNKTIONS-MONTAGE-GRUPPEN: Fokus auf die elektrische Verschaltung, Wechselrichterkonzepte und die Varianten der Netzeinspeisung.
7 ERRICHTUNG, INSTALLATION VON PV-ANLAGEN: Beschreibung der notwendigen Elektroinstallation, des Blitzschutzes sowie spezifischer Montagearten wie Kalt- und Warmfassaden.
8 KOSTEN, WIRTSCHAFTLICHKEIT, FÖRDERUNGEN, PERSPEKTIVEN: Untersuchung der ökonomischen und ökologischen Rahmenbedingungen sowie der energetischen Amortisation von Solaranlagen.
9 MÖGLICHKEITEN AN DER UNIVERSITÄT CHEMNITZ: Anwendung der erarbeiteten Grundlagen auf ein konkretes Projektbeispiel, den Weinhold-Bau.
10 ARCHITEKTONISCHE ANSÄTZE ZUR GEBÄUDEHÜLLENGESTALTUNG: Visuelle Beispiele und architektonische Umsetzungsstrategien für Photovoltaik in Gebäudefassaden.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, Solarfassade, Energieerzeugung, Netzkopplung, Solarmodule, Wechselrichter, Gebäudeintegration, Weinhold-Bau, Wirtschaftlichkeit, Amortisation, Solarenergie, Gebäudehülle, Montagearten, elektrische Sicherheit, Architektur
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der theoretischen Untersuchung und der Projektierung von Photovoltaik-Anlagen, insbesondere deren Integration als Solarfassaden an Gebäuden.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die Systemtechnik von Solaranlagen, die architektonische Einbindung, elektrische Sicherheitsvorschriften, Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen und ökologische Aspekte.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Erstellung eines Konzepts für die solare Aufwertung von Gebäuden, konkret angewandt auf das Beispiel des Weinhold-Baus an der Universität Chemnitz.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine theoretische Untersuchung basierend auf technologischen Standards, Lastgang-Analysen von Gebäuden und verfahrenstechnischen Parametern für PV-Anlagen durchgeführt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden technische Komponenten wie Wechselrichter und Modultypen, Installationsrichtlinien, Dimensionierungskriterien sowie Montagevarianten im Detail analysiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Photovoltaik, Solarfassade, Netzkopplung, Gebäudeintegration und Energieeffizienz charakterisiert.
Warum ist der Weinhold-Bau ein besonderes Studienobjekt?
Der Weinhold-Bau eignet sich als Fallbeispiel aufgrund der anstehenden Modernisierungsmaßnahmen und seiner großen, für eine solare energetische Sanierung prädestinierten Fassadenflächen.
Was ist der Vorteil von Solarmarkisen im Vergleich zu anderen Systemen?
Solarmarkisen bieten durch ihren optimalen Neigungswinkel zur Sonne einen hohen Energieertrag und verbessern gleichzeitig das Raumklima in Südräumen durch die Reduktion direkter Sonneneinstrahlung.
- Citar trabajo
- Tim Wenger (Autor), 1995, Theoretische Untersuchung und Projektierung einer Solarfassade, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/55709
