E-Book, Deutsch, 180 Seiten
Leitfaden für Kommunen
E-Book, Deutsch, 180 Seiten
Reihe: Energiewende in Kommunen Band 3
ISBN: 978-3-415-07371-5
Verlag: Richard Boorberg Verlag
Format: EPUB
Kopierschutz: Wasserzeichen (»Systemvoraussetzungen)
Die Photovoltaik ist eine der Schlüsseltechnologien der Energiewende. Die konkrete Umsetzung stellt Kommunen und Projektierer allerdings in der Praxis häufig vor große Schwierigkeiten.
Die Lösung
Hier setzt das neue Fachbuch an und bietet einen Leitfaden mit konkreten Empfehlungen für die Planung und strategisch sinnvolle Realisierung vor Ort – auch über die eigenen Liegenschaften hinaus. Die rechtlichen Grundlagen, insbesondere das Fachplanungsrecht, sowie die administrativen Rahmenbedingungen sind konzentriert auf den Punkt gebracht.
Alle Arten der Photovoltaik
Die Besonderheiten aller derzeit gängigen Formen der Photovoltaiknutzung, von der Dachflächen- über die Freiflächenphotovoltaik bis hin zu Sonderformen wie der Agri-Photovoltaik oder der Floating-Photovoltaik auf Baggerseen, werden in einem eigenen Kapitel ausführlich erläutert.
Best-Practice-Beispiele
Mehrere Interviews mit Bürgermeistern verdeutlichen die vielfältigen Herausforderungen und die Komplexität der Verfahren. Zahlreiche Praxisbeispiele zeigen, wie die erfolgreiche Ausgestaltung (der Maßnahmen und Projekte) vor Ort gelingen kann.
Auf einen Blick
Die Synopse mit der Übersicht über die landesrechtlichen Regelungen in den Bauordnungen ist einmalig. Die Leser finden darin auf Anhieb die passenden Rechtsgrundlagen.
Wertvoller Ratgeber
Das Autorenteam mit Experten aus kommunalen Spitzenverbänden, Ministerien und Hochschulen hat einen anwendungs- und lösungsorientierten Ratgeber vorgelegt, der als echte Arbeitshilfe genutzt werden kann.
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
Technische und energiewirtschaftliche Einordnung der Photovoltaik
Till Jenssen/Volker Kienzlen Sonne ist Lebensgrundlage Die Einstrahlung der Sonne ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Der Anteil der Strahlungsenergie von 1368 W/m2, der auf die Erdoberfläche trifft, bewirkt die auf der Erde vorherrschenden Temperaturen von durchschnittlich 15 °C. Ohne die Sonnenstrahlung läge die Durchschnittstemperatur der Erde bei – 18 °C. Die Solarstrahlung ist weiterhin die Energiequelle der Photosynthese und damit für das Wachstum der Pflanzen und sorgt zudem für Wind und Niederschläge. Für Biomasse, Windenergie und Wasserkraft ist somit ebenfalls die solare Einstrahlung verantwortlich. In Form von Solarzellen und Solarkollektoren kann die solare Einstrahlung jedoch auch direkt zur Strom- oder Wärmebereitstellung genutzt werden.[1] Der vorliegende Leitfaden konzentriert sich auf photovoltaische Anwendungen, also auf die direkte Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht. Die jährliche eingestrahlte Energie der Sonne liegt etwa um das 11.000-Fache über dem weltweiten Jahresprimärenergieverbrauch. Innerhalb Deutschlands fällt das solare Strahlungsangebot in Süddeutschland am höchsten aus.[2] Abb. 1: Zeitreihe zur Entwicklung der Erneuerbaren Energien seit 19903 In den vergangenen drei Dekaden, vor allem aber seit 2010, hat die Bedeutung von Photovoltaik erheblich zugenommen. 1990 leistete die Photovoltaik mit 1 Gigawattstunde Jahresproduktion einen marginalen Beitrag zur Deckung des Stromverbrauches in Deutschland. Mit dem 1.000-Dächer-Programm von 1990 setzte die Bundesregierung einen ersten wichtigen Impuls zum Ausbau, der durch das Stromeinspeisungsgesetz (StromEinspG; ab 1991) und das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG; seit 2000) verstärkt und verstetigt wurde. Wie Abbildung 1 verdeutlicht, hat die Photovoltaik das Nischendasein mittlerweile abgelegt und ist mit einem Beitrag von insgesamt 49.000 Gigawattstunden bzw. 8,6 % am Bruttostromverbrauch zu einer wichtigen Säule der Stromversorgung in Deutschland geworden.[3][4] PV ist wichtige Säule der Energieversorgung Die Nutzung der Photovoltaik kann den Konsistenzstrategien für eine nachhaltige Entwicklung zugeordnet werden. Unter Konsistenz versteht man die Bereitstellung des durch Effizienzmaßnahmen minimierten Energiebedarfs mit erneuerbaren Energien. Konsistenz ergänzt damit die Anstrengungen für mehr Effizienz und Suffizienz.[5] Das Hauptziel der Nutzung erneuerbarer Energien ist es, zur Deckung des Energiebedarfes solche Energieformen zu nutzen, die die natürlichen Lebensgrundlagen des Menschen nicht gefährden. Die Nutzung fossiler Energien ist durch die Emission von CO2 wesentliche Ursache des Mensch gemachten Klimawandels. Die beginnende Erderhitzung bedroht damit unsere Lebensgrundlagen. Daher muss global die Nutzung fossiler Energieträger beendet werden, die Energieversorgung somit dekarbonisiert, also auf Energieträger umgestellt werden, die keinen zusätzlichen Kohlenstoff in Form von CO2 in die Atmosphäre entlassen. Die Solarenergie ist hierfür eine technische Lösung mit vielfältigen Vorzügen. PV mit hoher Flächeneffizienz Insbesondere beim Vergleich mit Biomasse ist die Flächeneffizienz sehr viel höher.[6] Die Technologie hat zudem den Vorteil, dass Sie während des Betriebs keinerlei Schadstoffemissionen hervorruft. Allerdings treten in den vorgelagerten Prozessen, insbesondere bei der Herstellung der Solarzellen, in einem gewissen Umfang Emissionen auf. Bezüglich der Treibhausgasemissionen (THG) liegt Photovoltaikstrom über den gesamten Lebenszyklus betrachtet bei etwa 67 Gramm pro Kilowattstunde, während sich die THG-Emissionen des Deutschen Strom-Mixes auf 641 Gramm belaufen[7]. Gleichwohl treten bei der Photovoltaiknutzung auch Zielkonflikte auf, die es abzuwägen gilt. Bei Freiflächenanlagen stehen die Treibhausgasreduktionen etwa den Einwirkungen auf die Kulturlandschaft gegenüber. Neben der Konsistenzstrategie kann die Photovoltaik-Technologie auch Teil einer Kompensationsstrategie[8] sein, etwa wenn die Solaranlagen an (kosten-)günstigen Orten in einem gemeinsamen System geplant werden. Ein konkretes Beispiel für diese Handlungsstrategie kann etwa in der auf der CSP[9]-Technologie beruhenden Desertec-Initiative gesehen werden. Unser Energiesystem befindet sich in einer fundamentalen Umbruchphase. Seit Beginn der Industrialisierung basierte die Struktur auf fossilen oder nuklearen Energieträgern, die zentral bereitgestellt und zum Endkunden geliefert wurden. Bereits in den Siebzigerjahren wuchsen die Zweifel an der Sicherheit der zivilen Kernenergienutzung. Die Kernenergieunfälle von Tschernobyl 1986 und schließlich 2011 in Fukushima führten in Deutschland letztlich zum Kernenergieausstieg. Daneben ist auch das Bewusstsein über die Probleme gewachsen, die die Nutzung fossiler Energien auf das Weltklima hat. Die Klimaforschung, aggregiert in den Berichten des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), macht sehr deutlich, dass der Klimawandel im Wesentlichen vom Menschen verursacht ist. Diese Erkenntnis mündete nach zähen Verhandlungen im Weltklimavertrag von Paris, der darauf abzielt, die globale Erwärmung auf 2°, möglichst jedoch auf 1,5° zu begrenzen. Paris-Ziel braucht PV Wenn der von 175 Staaten unterzeichnete Vertrag sein Ziel erreichen soll, besteht die Notwendigkeit, bis 2050 die Nutzung fossiler Energieträger global vollständig zu beenden. In den kommenden Jahrzehnten wird Deutschland zunächst die Nutzung der Kernenergie beenden, bis spätestens 2038 auch die Nutzung von Kohle. Im Gegenzug soll die regenerative Stromerzeugung schrittweise und deutlich (von 42 % im Jahr 2019) auf einen Anteil von 65 % am Bruttostromverbrauch im Jahr 2030 angehoben werden. Bis 2050 soll die Stromerzeugung schließlich treibhausgasneutral erfolgen.[10] Zur Einhaltung der Klimaziele spricht sich der Koalitionsvertrag der Bundesregierung für einen beschleunigten Ausstieg aus der Kohleverstromung aus. „Idealerweise gelingt das schon bis 2030“ heißt es im Text. Zu erwarten ist, dass nach Anhebung der Ziele der Europäischen Union auch die bundesdeutschen Ziele und die dafür notwendigen Maßnahmen nachgeschärft werden. Die Novellierung des Klimaschutzgesetzes ist ein erster, wichtiger Schritt dazu. Weniger im öffentlichen Fokus ist die Tatsache, dass nicht nur die Stromerzeugung, sondern auch die Wärmebereitstellung und die Mobilität langfristig ohne fossile Energieträger funktionieren muss. Hier liegen die Zielsetzungen für 2030 jeweils bei 27 %.[11] Limitierender Faktor für die Bereitstellung erneuerbarer Energien ist vielfach – Geothermie und Dachflächenphotovoltaik ausgenommen – die verfügbare Fläche. Flächenbedarf und Restriktionen Aus diesem Grund sind einer Ausweitung etwa der Biomassenutzung enge Grenzen gesetzt, auch da je Quadratmeter mit technischen Systemen zur Wärmebereitstellung (Solarkollektoren) oder zur Stromerzeugung (Photovoltaik) rund 50-mal mehr Energie bereitgestellt werden kann als mit der Nutzung von Biomasse. Das Energiesystem der Zukunft wird also sehr viel stärker auf Strom als primären Energieträger angewiesen sein, da andere erneuerbare Energieformen nicht in ausreichender Menge nachhaltig bereitgestellt werden können. Angesichts dieses limitierten Portfolios gilt es die Potenziale zur Nutzung der Solarenergie so weit wie möglich auszuschöpfen. Für den zentralen Nachteil des Energieträgers Strom, nämlich die Schwierigkeit ihn zu speichern, sind technische Lösungen vorhanden. Batteriespeicher werden zunehmend leistungsfähiger, aber auch wirtschaftlich attraktiver. Noch ist die Speicherung einer Kilowattstunde Wärme aber etwa um den Faktor 100 günstiger als der einer Kilowattstunde Strom. Die nachfolgende Grafik zeigt, dass das sich jetzt entwickelnde Energiesystem sehr viel vermischter sein wird als bisher und nur durch eine Kopplung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität stabil sein kann. Wo immer möglich wird Strom direkt genutzt, in klassischen Stromanwendungen, im Mobilitätssektor mit sehr hohen Wirkungsgraden, aber auch im Wärmesektor mithilfe von Wärmepumpen. Daher werden Wärmespeicher Bindeglieder für die Sektorkopplung werden. Steht viel Strom im Netz zur Verfügung, können Wärmespeicher mithilfe von Wärmepumpen beladen werden. Umgekehrt können Blockheizkraftwerke oder langfristig Brennstoffzellen mit hohen Wirkungsgraden dann Strom erzeugen, wenn Sonne und Wind keine Leistung bereitstellen und gleichzeitig Wärmebedarf besteht. Energiewende erfordert mehr Strom Schließlich wird langfristig Wasserstoff und daraus erzeugte, synthetische Energieträger (PtG, PtL) einerseits im Schwerlastverkehr und der chemischen Industrie sowie für eine CO2-freie Stahlerzeugung benötigt, andererseits werden Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung ebenfalls in Zukunft mit solchen synthetischen, erneuerbaren Energieträgern betrieben („grünes Gas“).[12] Unser Energiesystem ist also mitten im Umbau weg von großen, zentralen Kraftwerken, die elektrische Energie bereitstellen und in eine Richtung zum Verbraucher transportiert haben hin zu einer sehr viel vernetzteren Struktur. Da fossile Energieträger per se speicherbar sind, muss die zeitliche Entkopplung von Erzeugung und Bedarf durch Aufbau entsprechender Speicherkapazitäten gewährleistet werden.[13] Abb. 2: Vermischte Struktur im Energiesystem der Zukunft13 Dies macht deutlich, dass in der...
