Erneuerbare Energien

Ich habe etwas zum Thema erneuerbare Energien herausgesucht und werde euch nun meine Ergebnisse präsentieren. Dazu werde ich zwei Hauptarten der Systeme veranschaulichen und erklären.

Vergleich von Solar- und Photovoltaikanlagen zu den folgenden Themen:

Gliederung / Inhalt

• Aufnahme
• Verwendung des Ertrages
• Vor- und Nachteile
• Die Kosten
• Fazit

Aufnahme

Photovoltaikanlage

Die Energieaufnahme bei Photovoltaikanlagen erfolgt durch Solarmodule, die aus verschiedenen Kollektorarten bestehen. Diese Kollektoren wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Es gibt drei Haupttypen von Solarmodulen:

1. Monokristalline Solarmodule
   • Bestehen aus hochreinem Silizium, das in Form von Stäben gezüchtet und anschließend in dünne Platten gesägt wird.
   • Sie bieten den höchsten Wirkungsgrad (ca. 18–22 %) und sind besonders effizient bei direkter Sonneneinstrahlung.
2. Polykristalline Solarmodule
   • Werden durch das Gießen von Siliziumblöcken hergestellt, wodurch die Kristallstruktur unregelmäßiger ist.
   • Sie haben einen geringeren Wirkungsgrad (ca. 15–18 %), sind aber kostengünstiger in der Herstellung.
3. Dünnschichtmodule (amorphen Solarmodule)
   • Eine dünne Schicht aus Silizium wird auf ein Trägermaterial wie Glas oder Kunststoff aufgebracht.
   • Diese Module sind flexibel, günstig herzustellen, jedoch weniger effizient (ca. 10–12 %).

Solaranlage (Solarthermie)

Bei Solarthermieanlagen erfolgt die Energieaufnahme durch Kollektoren, die Sonnenstrahlung in Wärme umwandeln. Diese Kollektoren werden meist auf Dachflächen installiert, die eine hohe Sonneneinstrahlung aufweisen. Es gibt zwei wesentliche Typen:

1. Flachkollektoren
   • Bestehen aus einer flachen Metallplatte, die die Sonnenenergie absorbiert und die Wärme an eine Solarflüssigkeit weiterleitet.
   • Geeignet für Standardanwendungen wie die Erwärmung von Wasser.
2. Vakuumröhrenkollektoren
   • Funktionieren nach dem Prinzip einer Thermoskanne: Die Wärmeverluste werden durch eine luftleere Schicht zwischen den Röhren minimiert.
   • Sie sind effizienter als Flachkollektoren, insbesondere bei geringer Sonneneinstrahlung oder niedrigen Außentemperaturen.

Die aufgenommene Wärmeenergie wird in einem Wärmeträgermedium (meist Solarflüssigkeit) gespeichert und weitergeleitet, um Wasser oder Heizsysteme zu erwärmen.

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Verwendung des Ertrages:

Photovoltaikanlage

Die von einer Photovoltaikanlage erzeugte elektrische Energie wird in Form von Gleichstrom erzeugt. Dieser wird über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, damit er ins öffentliche Stromnetz eingespeist oder direkt im Haushalt verwendet werden kann. Der Prozess erfolgt wie folgt:

1. Einspeisung ins Netz
   • ​​​​​​​Überschüssiger Strom, der nicht direkt im Haushalt verbraucht wird, wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Ein Stromzähler misst die eingespeiste Menge.
2. Eigenverbrauch und Netzbezug
   • ​​​​​​​Wird im Haushalt mehr Strom benötigt, als die Anlage erzeugt, wird der fehlende Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen. Am Ende eines Abrechnungszeitraums werden die eingespeiste und verbrauchte Menge gegeneinander aufgerechnet:
     • Ist der Eigenverbrauch höher als die Einspeisung, muss der Haushalt die Differenz bezahlen.
     • Wird mehr Strom eingespeist als verbraucht, erhält der Haushalt eine Vergütung gemäß dem aktuell geltenden Einspeisetarif.

Diese Methode macht es möglich, den Eigenverbrauch zu optimieren und langfristig Energiekosten zu sparen.

Solaranlage (Solarthermie)

Bei Solarthermieanlagen wird die erzeugte Wärmeenergie zur Erwärmung von Wasser genutzt. Dieses warme Wasser wird in Speichern gelagert, um eine kontinuierliche Nutzung zu ermöglichen. Folgende Speicherarten kommen zum Einsatz

1. Bivalente Speicher
   • Sie speichern die durch Solarenergie erzeugte Wärme und sind mit einem zusätzlichen Heizkessel ausgestattet, um das Wasser bei Bedarf nachzuerwärmen.
   • Diese Speicher sind ideal für die Kombination von Solarenergie mit einer konventionellen Heizungsanlage.
2. Kombispeicher
   • Neben der Erwärmung von Wasser für den Haushalt wird hier auch Heizungswasser gespeichert. Ein Heizkessel dient zur Unterstützung, falls die Solarenergie nicht ausreicht.

Zusätzlich gibt es Konzepte zur Langzeitspeicherung der Wärmeenergie, die für Privathaushalte jedoch selten umsetzbar sind:

• Kies-Speicher: Hier wird Wärme in Kies gespeichert, was jedoch enorme Mengen (ca. 20 Tonnen) erfordert und deshalb impraktikabel ist.
• Latentwärmespeicher: Diese nutzen das Prinzip der Phasenwechselenergie, ähnlich wie Taschenwärmer. Sie sind effizienter und platzsparender, aber technologisch noch in Entwicklung.

Der Energieertrag von Solarthermieanlagen hängt stark von der Speichergröße ab: Bei einer Verdopplung der Speichergröße steigen die Wärmeverluste um etwa 30 %. Dies muss bei der Planung berücksichtigt werden.

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Vor- und Nachteile:

Photovoltaikanlage

Vorteile:

• Umweltfreundliche Stromerzeugung: Photovoltaikanlagen erzeugen sauberen Strom ohne direkte CO₂-Emissionen und tragen somit zum Klimaschutz bei.
• Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern: Sie fördern die Abkehr von umweltschädlichen Energieträgern wie Kohle oder Kernkraft.
• Langfristige Kostenersparnis: Nach der Amortisation der Anschaffungskosten reduziert sich die Stromrechnung erheblich, und bei Einspeisung ins Netz kann eine Vergütung erzielt werden.
• Technologische Weiterentwicklung: Durch Innovationen in der Solarindustrie steigen Effizienz und Langlebigkeit stetig.

Nachteile:

• Hohe Anfangsinvestitionen: Die Anschaffungskosten für Solarmodule, Wechselrichter und die Installation sind hoch.
• Lange Amortisationszeit: Es dauert in der Regel mehrere Jahre, bis sich die Anlage wirtschaftlich rentiert.
• Umweltbelastung bei Herstellung und Entsorgung: Die Produktion von Solarmodulen erfordert Ressourcen wie Silizium und seltene Erden, und die Entsorgung alter Module kann problematisch sein.
• Abhängigkeit von Wetterbedingungen: Die Stromerzeugung ist wetter- und standortabhängig, was eine zusätzliche Energiespeicherung notwendig machen kann.

Solaranlage (Solarthermie)

Vorteile:

• Effiziente Wärmegewinnung: Solarthermieanlagen nutzen die Sonnenenergie direkt zur Erwärmung von Wasser, was besonders effizient und nachhaltig ist.
• Kostensenkung: Sie reduzieren die Heizkosten, insbesondere in den Sommermonaten.
• Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen: Solarthermieanlagen verringern den Bedarf an Öl oder Gas für die Warmwasserbereitung.

Nachteile:

• Hohe Investitionskosten: Auch Solarthermieanlagen sind teuer in der Anschaffung, vor allem mit hochwertigen Speichersystemen.
• Materialeinsatz: Die Herstellung der Kollektoren kann Chemikalien und Materialien erfordern, die die Umwelt belasten.
• Technische Limitierungen: Die Speicherung von Wärme über längere Zeiträume ist noch nicht vollständig ausgereift, und die Effizienz hängt stark von der Speichergröße und Wärmedämmung ab.
• Witterungsabhängigkeit: An sonnenarmen Tagen oder im Winter muss häufig eine zusätzliche Wärmequelle genutzt werden.

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Die Kosten:

Photovoltaikanlage

Die Kosten für eine Photovoltaikanlage hängen von der Größe der Anlage, der Qualität der Module und den Installationskosten ab. Für einen typischen 4-Personen-Haushalt, der seinen Stromverbrauch im Sommer decken möchte, liegen die Kosten derzeit bei etwa 8.000–12.000 € (Stand 2024). Diese Schätzung umfasst die Solarmodule, den Wechselrichter, die Installation sowie sonstige Nebenkosten.

• Zusätzliche Kosten:
  Optional kann ein Batteriespeicher installiert werden, um den Eigenverbrauch zu maximieren. Die Kosten für einen Speicher liegen je nach Kapazität zwischen 5.000 und 10.000 €.
• Lebensdauer:
  Photovoltaikanlagen haben eine Lebensdauer von 20–30 Jahren. Der Wechselrichter muss in der Regel nach etwa 10–15 Jahren ausgetauscht werden, was zusätzliche Kosten verursacht.

Solaranlage (Solarthermie)

Die Kosten für eine Solarthermieanlage zur Warmwasserbereitung für einen 4-Personen-Haushalt liegen bei etwa 5.000–8.000 €. Diese Kosten umfassen Kollektoren, Speicher und die Installation.

• Zusätzliche Aspekte:
  Möchte man die Solarthermieanlage auch zur Unterstützung der Heizung nutzen, erhöhen sich die Kosten auf etwa 10.000–15.000 €, abhängig von der Speichergröße und dem System.
• Lebensdauer:
  Solarthermieanlagen haben eine ähnliche Lebensdauer wie Photovoltaikanlagen, wobei die Wärmetauscher und Speicher nach etwa 10–15 Jahren gewartet oder ausgetauscht werden müssen.

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Fazit:

Erneuerbare Energien sind eine gute Alternative im Gegensatz zu Kernenergie jedoch gibt es noch einige Probleme, die gelöst werden müssen. In Hinsicht auf die Zukunft sind sie jedoch essenziell.

Quellen:

• Hausgarten.net
• wikipedia.de
• photovoltaik-foerderung.info

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