Nutzung von Sonnenenergie

Das Bild zeigt die Detailaufnahme einer Solaranlage.© www.archlab.de

Die Solarstrahlung auf die horizontale Fläche in Mitteleuropa beträgt durchschnittlich 800 – 1.200 kWh/m² pro Jahr* Baudson, O.; Botreau, F. und Dittemer, B. (2019): Erneuerbare Energien (online) - VBI-Leitfaden. Verband Beratender Ingenieure VBI, 1. Februar 2019, (abgerufen am: 28.01.2020). . Diese Energie sollte zur Gewinnung von Strom und Wärme herangezogen werden. Da die Solarstrahlung über den Tag und das Jahr stark schwankt, ist eine Speicherung des Stroms und der Wärme sinnvoll.

Photovoltaik

Für die Umwandlung von Solarstrahlung in Strom kann mit einem Wirkungsgrad zwischen 10 und 20 % gerechnet werden. Zwischen einem Zehntel und einem Fünftel der Globalstrahlung kann also durch Photovoltaik in Strom umgewandelt werden. Neben dem Wirkungsgrad bestimmen weitere Faktoren wie beispielsweise der Neigungswinkel, die Verschattung, die Degradation, die Umgebungstemperatur, der Verschmutzungsgrad, die elektrischen Verluste in Leitungen, Wechselrichter oder der Trafo den Ertrag eines Photovoltaikmoduls* Wirth, H. (2020): Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg i. Br., (abgerufen am: 10.02.2020). .

Solarthermie

Solarkollektoren eignen sich für die Bereitstellung von Prozesswärme in einem Temperaturbereich von unter 100 °C. Besonders gut geeignet ist Solarwärme für die Industrie- und Gewerbenutzung, für die im Sommer (März bis September) Prozesswärme mit einer relativ geringen Temperatur (unterhalb von 80 °C) benötigt wird. Um solare Prozesswärme zu nutzen, muss eine ausreichende Fläche für die Installation der Kollektoren vorhanden sein (z. B. Flachdach, Schrägdach). Des Weiteren sollten die Flächen tendenziell nach Süden ausgerichtet sein und in Deutschland einen Neigungswinkel von ca. 35° aufzeigen. Zukünftige Erweiterungen und Umbauten sollten in die Planung einer Solaranlage mit einbezogen werden. Solarwärme ist am wirtschaftlichsten, wenn sie an mindestens fünf Tagen pro Woche Prozesswärme liefern soll* Kleinow, M.; Kasa, H. und Kottsieper, K. (2011): Solare Prozesswärme - Ein europäisches Projekt widmet sich dem Zukunftsmarkt. Mittäter gesucht. In: Sonnenenergie. .

Photovoltaisch-thermische (PVT-)Kollektoren

PVT-Kollektoren nutzen das volle Potenzial der Sonne durch die gleichzeitige Gewinnung von Strom und Wärme. Sie vereinen platzsparend die Technologien Photovoltaik und Solarthermie. Die Gewinnung der Wärme über Wärmetauscher reduziert die Temperatur der Photovoltaikmodule, was sich günstig auf deren Wirkungsgrad auswirkt* Kühl, A. (2022): PVT-Kollektoren - das volle Potential der Sonne nutzen (online). energynet.de, (abgerufen am: 06.07.2022). .

Prozesswärme – Mit der Sonne produzieren

Titelbild des Films: Prozesswärme - Mit der Sonne produzieren

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Gute Praxis Beispiele

Die CO₂-neutrale Fabrik - Green Factory 

Das Allgäuer Unternehmen Alois Müller GmbH eröffnete 2019 am Standort Ungerhausen die Green Factory, ein nahezu energieautarkes Produktions- und Bürogebäude. Hier werden Heizungs- und Lüftungsanlagen sowie Teile für den Metallbau produziert. Über 200.000 Solarzellen auf dem Dach liefern zwei Drittel der benötigten Energie als CO2-neutralen Strom, der direkt vor Ort genutzt wird. Überschüssiger Solarstrom fließt ins Stromnetz. Produktionsschritte werden an die Verfügbarkeit des Solarstroms angepasst. Große Stromverbraucher wie die Lasermaschine werden vorrangig betrieben, wenn genügend Strom vom Dach vorhanden ist. Gleiches gilt für Lackier- und Sandstrahlarbeiten, die Produktion verschiedener Medien wie Stickstoff und vollentsalztes Wasser sowie Druckluft. Eine wichtige Voraussetzung für die klimaneutrale Produktion ist die Analyse aller Stoff- und Energieströme, die für die Fertigungsschritte notwendig sind. Über ein ERP-System werden die Auftragslage und die Produktionsdaten mit den aktuellen Wetterprognosen abgeglichen. Scheint die Sonne nicht, so wird das Unternehmen über ein biogasbetriebenes Blockheizkraftwerk versorgt und in langen Kälteperioden sorgt ein Holzpelletkessel für zusätzliche Energie.

Literatur:

VDI ZRE (2021): Potenziale der Technischen Gebäudeausrüstung und ihrer Automation zur Steigerung der Ressourceneffizienz [abgerufen am: 05.07.2022], verfügbar unter: www.ressource-deutschland.de/fileadmin/user_upload/1_Themen/h_Publikationen/Kurzanalysen/VDI-ZRE_KA28_TGA_Web_bf.pdf

PV Cycle sammelt und vertreibt gebrauchte Produkte der Solarindustrie

In Produkten der Solarindustrie sind wertvolle Metalle gebunden. Die PV CYCLE Deutschland GmbH bietet eine deutschlandweite Rücknahme von PV-Modulen, Speichern, Gleichrichtern, Batterien und Elektro-Altgeräten an. Diese werden recycelt oder, sofern möglich, aufbereitet und einer zweiten Verwendung zugeführt. Interessierte können sich direkt an das Unternehmen unter pvcycle.de wenden.

Literatur:

PV CYCLE (2022): Sammlung und Recycling von Photovoltaik Modulen [online]. PV CYCLE Deutschland GmbH [abgerufen am: 15.11.2022], verfügbar unter:

Weiterführende Informationen

Die BIPV- Initiative Baden-Württemberg hat zur Förderung des schnelleren Ausbaus von Photovoltaik den dynamischen Leitfaden „Bauwerkintegrierte Photovoltaik“ erarbeitet. Dieser richtet sich an Planende und wird fortlaufend aktualisiert.

VDI-Richtlinien

VDI 6002 Blatt 1: Solare Trinkwassererwärmung - Allgemeine Grundlagen - Systemtechnik und Anwendung im Wohnungsbau

VDI 2169: Funktionskontrolle und Ertragsbewertung bei solarthermischen Anlagen

VDI 6012 Blatt 1.4: Regenerative und dezentrale Energiesysteme für Gebäude - Grundlagen - Befestigung von Solarmodulen und -kollektoren auf Gebäuden