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Der Trend zu einer unabhängigen
Versorgung (Energie-Autarkie), nicht nur bei der Stromversorgung,
sondern auch bei der Heiztechnik und Wasserversorgung,
nimmt immer mehr zu. |
Unter Energieautarkie
versteht man das Bestreben, ein Haus, eine Wohnsiedlung, Gemeinde oder
Region bei der Energieversorgung in den Bereichen Wärme
und Strom in eigener Regie weitgehend
von fossiler Energie unabhängig zu machen. Hierbei wird eine optimale
und effiziente Nutzung der vorhanden lokalen Potentiale
und Ressourcen an erneuerbaren Energien
angestrebt. |
Um Energieautark zu werden, ist zuerst auf das Bauen im Niedrigenergiehaus-/Passivhaus-Standard und/oder auf eine thermische Sanierung der vorhandenen
Gebäude zu achten, um den Energieverbrauch
zu reduzieren. Auch Informationen über einen energiesparenden
Umgang mit der Energie sollte gefördert werden. |
Als zweiter Schritt
ist das Einbinden von regionaler erneuerbarer Energien,
so z. B. Windkraft (Kleinwindkraftanlagen), Photovoltaik, Wasserkraft
(Mini-Wasserkraftwerke), Biogas, Biomasse (Holz, Hackschnitzel und thermischer
Solaranlagen), einzuplanen. |
Immer mehr Industriebetriebe
bereiten sich schon seit Jahren auf die "atomstromlose" Zeit
vor. Diese Betriebe erzeugen ihren Strom und die industrielle
Wärme (Dampf) für die Produktion,
der Heizung und Kühlung in eigener
Regie. Diese autarken Lösungen nehmen immer mehr zu, um unabhängig
von öffentlichen Anbietern zu sein. So deckt z. B. die Firma
BASF in Ludwigshafen mit dem GuD-System (Gas-
und Dampf-Kraftwerk) ihren eigenen Energiebedarf (zu 100 %) und die Firma
Pfizer in Freiburg deckt ihren eigenen Energiebedarf (z. Zt.
93 %) aus regenerativen Quellen (Photovoltaik, Geothermie,
Wasserkraft und Biomasse). Erst durch diese Lösungen wurden auch
alle Potentiale der Energieeinsparungen
in der Produktion und Heizung bzw. Kühlung ausgeschöpft. Dies
beiden praktizierten Systeme sind weltweit beachtete Beispiele. |
Die 13teilige Themenserie "Speicher für Energieautarkie und Mieterstromprojekte" der Redaktion HaustechnikDialog befasst sich mit der eigenen
Erzeugung von Strom und Wärme sowie den dazugehörigen Speichern. Mithilfe solcher Konzepte kann
man eine hohe Energieautarkie erreichen, also weitgehend unabhängig von externen Energielieferanten werden. Oder man kann daraus Geschäftsmodelle kreieren,
etwa Mieter- oder Nachbarschaftsstrom.
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Energieerhaltung
Das Prinzip der Energieerhaltung
beschreibt der Energieerhaltungssatz >Energie
kann nicht verschwinden oder aus dem Nichts entstehen<.
Die Energie1 kann lediglich
von einer Form in eine andere umgewandelt
werden. In einem geschlossenen System bleibt die Gesamtmenge
von Energie erhalten. Die Gesamtenergie ist eine Erhaltungsgröße.
Bei einem offenen System entspricht die Zunahme der Gesamtenergie der
Differenz der von außen zuströmenden und der nach außen
abfließenden Energie.
1Wichtige
Energieformen sind z. B. die chemische Energie, thermische Energie,
potenzielle Energie und kinetische Energie und die Energie, die in elektrischen
und magnetischen Feldern gespeichert ist (Lichtenergie, elektrische
Energie, magnetische Energie) |
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Energieverluste
kann es nur in dem Sinne geben, dass Energie entweder einem offenen
System entweicht, oder dass sie zum Teil unerwünscht in eine
andere, nicht nutzbare Energieform umgewandelt wird.
Der Energieerhaltungssatz gilt in
der Thermodynamik als der erste
Hauptsatz. Der zweite
Hauptsatz der Thermodynamik bringt die zusätzlichen
Einschränkungen, dass Prozesse, die zwar die Gesamtmenge an
Energie erhalten, aber zu einer insgesamt sinkenden Entropie führen
würden, sind physikalisch nicht möglich.
Die Energieerhaltung
wird oft über das Prinzip eines Kugelstoßpendels
erklärt. Da es aber bei allen auftretenden Stößen
stets nur zu zentralen elastischen Stößen zwischen genau
zwei Kugeln kommt, wird schon bei dem ersten Stoß Teile der
Gesamtenergie durch Reibungsarbeit
in thermische Energie umgewandelt. Es wird sich
also im Laufe der Zeit die Energie abbauen und
das Pendel wird zum Ruhestand zurückkehren. Wenn es nicht so
wäre, dann hätte man ein Perpetuum Mobile.
Bei einem Kugelstoßpendel
(Newton-Pendel, Newton-Wiege, Kugelpendel) sind die Kugeln
gleicher Masse und Pendellänge hintereinander
aufgehängt. Wenn man die am weitesten rechts hängende
Kugel anhebt und gegen die andern prallen lässt, wird die am
weitesten links hängende Kugel abgestossen. Hebt man zwei Kugeln
an, fliegen auf der andern Seite zwei weg und so weiter. Hebt man
mehr als die Hälfte der Kugel an, ist die Zahl der weggehenden
Kugeln immer noch gleich der Zahl der aufprallenden. Die mittleren
Kugeln gehören dann sowohl zu den aufprallenden als auch zu
den abgestossenen. Im Extremfall ist anfänglich nur die Kugel
ganz rechts in Ruhe und nach dem Stoss die ganz links positionierte.
Bei der Abfolge von elastische Stössen
bleibt die kinetische Energie und der Impuls erhalten (Impulserhaltung). |
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Beispiele aus der Praxis:
Eine Wärmepumpe
(Kältemaschine) entzieht einem Medium Wärme. Diese kann aber
nicht einfach verschwinden; sie wird anderswo als Abwärme abgegeben.
Auch die Antriebsenergie der Wärmepumpe muss vollständig als
Wärme enden, da es keine andere Möglichkeit gäbe, die
Gesamtenergie zu erhalten. Allenfalls könnte ein kleiner Teil der
Energie in Form von Schall entweichen; dies macht jedoch in der Praxis
sehr wenig aus.
Wenn ein Pumpspeicherkraftwerk
eine bestimmte Wassermenge in das obere Reservoir pumpt und später
dieselbe Wassermenge “turbiniert” (d. h. zur Stromerzeugung
in einer Turbine nutzt), ist die Lageenergie des Wassers am Ende gleich
wie vorher (unter Annahme, dass das Wasser am gleichen Ort landet, wo
es entnommen wurde). Die Energieerhaltung besagt dann, dass die beim
Turbinieren gewonnene Energiemenge gleich der zum Pumpen aufgewandten
abzüglich aller Energieverluste z. B. in Pumpe, Turbine und Motor/Generator
ist. Quelle: Dr. Rüdiger Paschotta - RP
Photonics Consulting GmbH |
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Wenn die Energiewende gelingen soll, dann werden kostengünstige, leistungsfähige Stromspeicher benötigt, die den aus erneuerbaren Energiequellen gewonnenen Strom dezentral speichern können und bei Bedarf wieder abgeben. Eine Möglichkeit, neben den zentralen Speichern (z. B. Pumpspeicherwerk), sind neuentwickelte Sonnenbatterien (Akkus). Mit diesen können der selbst erzeugte Strom aus Photovoltaik- oder Kleinwindkraftanlagen, BHKW's, Mini-Wasserkraft- oder Biogasanlagen gespeichert werden. |
Sonnenbatterie
Quelle: PROSOL Invest Deutschland GmbH
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Die Anlage kann in jedes Hausnetz mit 3-Phasen und 230 V Wechselspannung
integrieren werden.
Sie basiert auf neuester Lithium-Technologie, die auch bei modernen Elektroautos zum Einsatz kommt. Alle Batteriezellen werden einzeln überwacht und gesteuert. Die Speicherkapazität der Sonnenbatterie reicht von 8 bis 17 kWh. Die zusätzliche Anreicherung mit Yttrium verlängert die Lebenszeit der Batteriezellen.
Die Firma Tesla will unter dem Namen "Powerwall" zwei Akku-Modelle mit Kapazitäten von sieben Kilowattstunden pro Tages- oder zehn Kilowattstunden pro Wochenzyklus anbieten. Die 18 Zentimeter dicken Stromspeicher können an der Hauswand installiert werden. Diese Batteriespeicher sind besonders für private Haushalte und mittelständische Unternehmen geeignet.
Mit den Akkus können nicht nur selbst erzeugter Solarstrom gespeichert, sondern es kann bei Tag- und Nachtstromtarifen oder auch bei variableren Preismodellen Strom zum Aufladen gekauft werden, wenn er besonders günstig ist. Solche Tarife sollen im Rahmen des Smart-Grids eingeführt werden. |
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Wenn ein Stromspeicher geplant ist, dann sollte dieser eine zukunftsfähige Ausstattung haben, damit er bei einer Systemerweiterung flexibel ist. Ein Stromspeicher kann umfangreiche Aufgaben des Energiemanagements erfüllen, was aber davon abhängt, welche Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle das Gerät unterstützt. Wichtig ist auch, dass offene Standards und herstellerübergreifende Lösungen eingebunden werden können. Die Möglichkeit der modularen Erweiterung mit zusätzlichen Speicherblöcken sollte möglich sein.
Der Käufer eines Stromspeichers sollte überlegen, welche Aufgaben zur Zeit und in Zukunft anstehen: |
• Anschluss einer Mini-PV-Anlage oder Photovoltaikanlage
• Anschluss einer Klein- bzw. Mikrowindkraftanlage
• Integration einer Wärmepumpe
• Wärmeerzeugung durch Solar- und Windstrom per Heizstab
• Integration einer Ladestation für ein E-Auto
• Steuerung von Heizungs- und Lüftungselementen
• Hausautomatisierung - Smart-Home (Sicherheitssystemen, Waschmaschine, Spülmaschine, Eisschrank)
• Teilnahme an zukünftigen Regelenergiemärkten
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Stromspeicher kaufen fürs Haus 2022: Leitfaden & Testsieger
Patrick Jüttemann, Klein-Windkraftanlagen.com
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Die sonnenBatterie – unsere Stromspeicherlösung für Ihr Zuhause - sonnen GmbH
Tesla hängt den Autoakku an die Hauswand
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Inselversorgung
/ Inselbetrieb |
Auch heutzutage gibt es noch Regionen,
die keinen Anschluss an das öffentliche
Stromnetz haben (abgelegene Häuser, Hütten, Boote,
Campingplätze, Wohnwagen- oder Wohnmobile). Außerdem gibt es
Gebiete, die des öfteren mit Stromausfälle rechnen müssen.
Und dann gibt es Leute, die aus ökologischen Sinne eine eigene Stromversorgung
wünschen bzw. diesen Strom in das öffentliche Netz einspeisen
möchten. |
Es gibt verschiedene Möglichkeiten,
eine elektrische Energieversorgung mit 400V/50/60Hz
3~ bzw. 230V/50/60Hz für den Eigenbedarf,
als netzunabhängige bzw. unterbrechungsfreie Inselstromversorgung
(USV) oder zur Einspeisung ins Stromnetz
aufzubauen. |
| Folgende Anlagenarten können miteinander
kombiniert werden: |
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Funktionsprinzip einer Solara-Off-Grid-Solarstromanlage |
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Mini-Grid-System / Off-Grid-System |
Quelle: SOLARA GmbH |
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Solare
Inselstromversorgung |
Die PV-Anlagen (Off-Grid-Systeme) sind nicht an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen und funktioniert nur mit Energiespeicher. Die Solarmodule einer
kleinen Anlage speisen den solaren Gleichstrom
(12 V oder 24 V) über einen Laderegler in eine Solarbatterie ein. Der Laderegler sorgt für eine schonende Batterieladung
und schützt die Batterie vor schädlicher Tiefentladung
durch die Verbraucher. Ein Verbraucher (Beleuchtung, TV/Radio,
Kühlgerät) kann von dem in der Batterie gelagerten
Solarstrom versorgt werden.
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| Die Solarmodule größerer Anlagen speisen den solaren
Gleichstrom (12 V / 24 V / 48 V) über einen Laderegler in
eine Stationärbatterie ein. Die Verbraucher werden über
einen speziellen Wechselrichter, der die Gleichspannung
der Batterie in eine übliche 230 V Wechselspannung
umwandelt, versorgt. Dadurch können alle herkömmlichen
Elektrogeräte verwendet werden. Die maximale Leistungsabgabe
des Wechselrichters ist aber durch die Batteriekapazität
und den Ladezustand begrenzt. |
| Diese
Anlagen können mit Stromquellen aus der Windkraft,
Wasserkraft oder BHKW ergänzt
werden, um die Versorgungssicherheit besonders im Winter zu
vergrößern. |
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Mini-PV-Anlagen werden auch "Stecker-Solar-Gerät" oder "Balkon-Solarmodul" genannt. Sie speisen den Strom
direkt ins Stromnetz des Hauses bzw. der Wohnung ein, wo er dann von den angeschlossenen und eingeschalteten Elektrogeräten verbraucht wird.
Obwohl die Hersteller damit werben, dass jeder seinen eigenen Strom erzeugen kann, warnt der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. (VDE) vor den Risiken. Hier hat aber das europäische Parlament unlängst den "Entschließungsantrag zur Strom- und Wärmeerzeugung in kleinem und kleinstem Maßstab" herausgegeben, der sich mit der dezentralen Energiewende beschäftigt. Dieses Dokument umfasst, neben den Mini-Heizkraftwerken, auch Kleinstanlagen im Bereich
der Photovoltaik. Die EU fördert dadurch das Potential der Kleinstanlagen und hat somit ihr Potential erkannt.
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selfPV Komplettpaket 270Wp - EVT
Anwendungsbeispiel
selfPV Komplettpaket Zeversolar 2160Wp
Quelle: Bosswerk GmbH & Co. KG
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Die Mini-PV-Anlage muss bei dem Stromlieferanten angezeigt werden. Hierbei handelt es sich um keine Anmeldung nach dem EEG, sondern um eine Mitteilungsanzeige über den Modulbetrieb. Mieter und Wohnungseigentümer brauchen eine Erlaubnis des Vermieters bzw. der Wohnungseigentümergemeinschaft,
um das Gerät dauerhaft anzubringen. Die Zustimmung kann mit der Begründung verweigert werden, dass die Anlage das äußere Erscheinungsbild der Hausfassade beeinträchtigt oder/und die Beschädigung der Hauswand durch Dübel bei der Anlagenbefestigung kann ein Grund für eine Ablehnung sein.
Das Anschließen einer Anlage ist problemlos möglich. Wer aber mehrere Mini-PV-Anlagen an das Stromnetz anschließen möchte,
eventuell über eine Mehrfachsteckdose, der sollte immer einem Elektronikfachbetrieb ins Boot holen.
Die Solarmodule haben eine Leistung von 200 bis 600 Watt und können an der Balkonbrüstung, auf der Terrasse, an der Hauswand, auf dem Garagen- und Hausdach montiert werden. Microwechselrichter wandeln den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Im einfachsten Fall wird dieser per Steckverbinder (Wielandstecker/-buchse) in eine geeignete Steckdose (Wieland Einspeisesteckdose) eingespeist. Mini-PV-Anlagen werden in der Regel als Komplettpakete (Plug & Play Systeme) angeboten und sind zur Zeit eine Technologie, mit der neben dem Eigenheimbesitzer auch Mieter selbst erneuerbare Energie für den Eigenverbrauch erzeugen können.
Die Anlagen produzieren, richtig ausgelegt (Anzahl der Solarmodule und Wechselrichter), genug Strom, um einen wesentlichen Teil der Grundlast eines Haushalts zu decken. Also den Strombedarf, der durch Stand-By-Funktionen und dauernd laufende Geräte (z. B. Kühlschrank, Gefrierschrank, Heizungspumpe, aber auch Wärmepumpe bzw. Klimagerät) vorhanden ist. Außerdem gibt es die Möglichkeit, zu viel erzeugten Strom
in einem Akku zu speichern.
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Funktionsweise:
Die Miniaturanlage ist mit Solarzellen ausgestattet, die Licht in Gleichstrom verwandeln können.
Es handelt sich um die gleichen Zellen, die auch in großen Anlagen zum Einsatz kommen.
Diese werden bei den Kleinanlagen ebenfalls miteinander verbunden, um eine möglichst große Menge an Energie zu erzeugen.
Es handelt sich an dieser Stelle jedoch noch um Gleichstrom.
Der mitgelieferte Wechselrichter, welcher sich ebenfalls nur in der Größe von den gewöhnlichen PV-Anlagen unterscheidet,
wandelt diese Energie in Wechselstrom um.
Dabei wird die Frequenz, Spannung und Phase an die Netzspannung angepasst.
Über eine gewöhnliche Kabelsteckverbindung wird der Strom in die Steckdose und somit ins Hausnetz eingespeist.
Die Energie wird praktisch umgehend verbraucht. Komponenten, wie eine Kühltruhe oder der Kühlschrank, die ununterbrochen in
Betrieb sind und Strom verbrauchen, können praktisch damit betrieben werden.
Wird nun mehr Strom erzeugt, als verbraucht wird, so können Anlagen mit einem mitgelieferten Akku die Energie speichern und beispielsweise
in der Nacht oder an dunklen Tagen abgeben. Es wird daher kein erzeugter Strom verschwendet.
Die grundsätzliche Idee hinter der Technik bestand lediglich darin, die großen PV-Anlagen für den Hausgebrauch nutzbar zu machen.
Daher wurden Module und Wechselrichter einfach verkleinert. Sobald die Sonne scheint, fließt nun auch der Strom. Insbesondere Unterhaltungselektronik im Stand-by Modus und die
angesprochenen Dauerrenner (Kühlschrank, Gefriertruhe, PC, Router, Heizung, Telefon etc.) werden in ihrem Stromverbrauch entlastet.
Der Anschluss erfolgt über die herkömmliche Schutzkontakt-Steckdose (Schuko-Steckdose). Sollte der Wechselrichter nicht mit einem
230-Volt-Netz verbunden sein, so sollte er sich automatisch abschalten. Durch die eingespeiste Energie läuft der Zähler nicht rückwärts. Die meisten haben sogar
einen Rücklaufschutz. Dafür laufen die Zähler, durch den geringeren Verbrauch aus dem staatlichen Netz, langsamer! Quelle: Web Marketing Weimar
Andreas Lange
In diesem Zusammenhang sollte man auch einmal die rechtliche Lage betrachten.
Die rechtlichen Bedenken zum Einbau eine Mini-PV-Anlage haben sich inzwischen erledigt.
Aber es gibt zu diesem Thema immer noch die unterschiedlichsten Aussagen, die von den ca. 700 Netzbetreibern in Deutschland getätigt werden. Viele Betreiber sprechen in diesem Fall von einem kostenlosen Zähleraustausch. Dieses Argument ist verständlich, denn der Stromzähler darf in keinem Fall rückwärts laufen. Da die ständig laufenden Elektrogeräte den erzeugten Strom sofort verbrauchen, ist das eine vorgesehene Maßnahme, um eine Einspeisung in das öffentliche Netz zu verhindern.
Im Februar 2017 trat die DIN VDE 0100-551 "Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Andere Betriebsmittel – Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen" in Kraft. Dort sind die Anforderungen für die Einrichtung von Kleinstanlagen zur Stromerzeugung geregelt. Daraus ergibt sich, dass Solarmodule (Komplettpakete) für die Steckdose legal sind. Dies gilt Natürlich müssen sich die Hersteller und die Betreiber an die gesetzlichen Vorgaben halten. Beim Netzbetreiber muss die Anlage angemeldet werden.
Nach der DIN VDE V 0100-551-1 - 2018-05 "Errichten von Niederspannungsanlagen" können die Netzbetreiber durch das unkomplizierte Verfahren zur Anmeldung einer Mini-PV-Anlage Anmeldeformulare entwerfen.
Um die Rechtssicherheit zu festigen, wird an zwei weiteren Normen gearbeiet. Hier handelt es sich um die DIN VDE V 0628-1 - 2018-02 "Energiesteckvorrichtungen" und eine Produktnorm, die die Anforderungen der Plug & Play Systeme regelt. Mit der Fertigstellung wohl nicht vor 2019 zu rechnen sein.
Wenn der Netzbetreiber sich querstellt, dann sollten die DIN-Vorschriften angesprochen werden und Kontakt mit dem VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) oder der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie aufgenommen werden. |
Solarstrom direkt nutzen für Jedermann - Bosswerk GmbH & Co. KG
Solaranlagen für die Steckdose - Web Marketing Weimar / Andreas Lange
"Stecker-Solar": Solarstrom vom Balkon direkt in die Steckdose
Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen e.V.
Einige Infos zu meiner eigenen Sanierung |
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Nachführung
- Solar Tracking Systeme |
Photovoltaikmodule
(PV) oder thermische Solarkollektoren
erzielen den besten Ertrag, wenn sie die optimale
Stellung zur Sonne haben. Ein Tracking System
(Nachführsystem) richtet die Solaranlage automatisch
zur Sonne aus, damit die Sonneneinstrahlung optimal
aufgefangen und die Effektivität der Anlage steigt.
Die Ertragssteigerung kann bis zu 40 %
gegenüber der starren Anordnung betragen. Bisher
werden diese Systeme bei einer thermischen Solaranlage
nicht bzw. selten eingesetzt, da sich
eine Nachführung nicht "lohnt". |
Vergleich starre Anordnung vs. Nachführsystem
Quelle: DEGERenergie GmbH& Co.
KG
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Ein überschüssiger
Ertrag einer thermischen Solaranlage
kann nicht über lange Zeit gespeichert
werden, weil der Speicher meistens nicht groß genug ist
bzw. die Wärme nicht verbraucht werden kann.
Im Gegensatz dazu kann der überschüssige Ertrag
einer Photovoltaikanlage direkt ins Stromnetz
eingespeist werden und mit der Einspeisevergütung
kann ein Gewinn erzielt werden.
Ein Nachführsystem
ist ein Metallgestell, welches mithilfe eines
Elektromotors und einer Steuerung
über ein oder zwei Achsen
schwenkbar ist.
Ein einachsiges Nachführsystem lässt
sich vertikal schwenken und richtet die Solarmodule
so in Richtung der Sonne aus.
Ein zweiachsiges Nachführsystem ist vertikal
und horizontal schwenkbar und gleicht auch unterschiedliche
Neigungswinkel zur Sonne aus.
Bei der Steuerung der PV-Tracker
unterscheidet man zwischen einer astronomischen
und sensorgesteuerten Anlage.
Bei der astronomischen Steuerung ist der Verlauf
der Sonne an festgelegten Tagen
im Jahr für den vorhandenen Standort fest in dem Zentralgerät
eingespeichert. Die Nachführung
folgt also nur dem vorgegebene Sonnenlauf, wobei
die Umgebungsbedingungen (z. B. Wolken) nicht
einbezogen werden.
Bei dem Sensorsteuerung richtet sich das die
PV-Modul immer nach dem hellsten Punkt
am Himmel aus. Aber das ist nicht immer
der Punkt, an dem die Sonne steht. Z. B. werden
die Sonnenstrahlen bei einem bewölkten Himmel
an den Wolkenrändern reflektiert. Diesen
hellsten Punkt sucht der Sensor heraus und richtet die Solarmodule
danach aus. Bei einer vollständigen Wolkendecke
richten sich die Module waagrecht aus und das
restliche vorhandene Sonnenlicht (diffuse Strahlung), das durch
die Wolken senkrecht auf die Module kommt. Hierdurch kann der
Mehrertrag bis zu 70 % gegenüber einer starren
Anlage betragen.
In Mittel- und Nordeuropa
sollte grundsätzlich eine Sensorsteuerung
eingesetzt werden. In den Mittelmeerländern
ist eine astronomische Steuerung günstiger,
weil die Sonne gleimäßiger scheint und der Himmel seltener
bewölkt ist. Berücksichtigen sollte man auch, dass eine
Sensorsteuerung komplizierter, und damit auch störanfälliger
als eine astronomische Steuerung ist.
Freistehende auf einem Mast
montierte Module benötigen auch einen Windsensor,
damit das Modul bei zu hoher Windgeschwindigkeit
aus dem Wind gedreht werden.
Solar
Tracking - DEGERenergie
GmbH& Co. KG
EcoChamp-Tracker -
TSS Solar GmbH
Vor-
und Nachteile verschiedener Nachführsysteme im Vergleich
- DAA Deutsche Auftragsagentur GmbH
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Komponenten im Ecochamp-Tracker-System
Quelle: TSS Solar GmbH
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Bauteile mit einer PV-Trinkwasser-Regelung
PVH C-1.05
Quelle: Nectar Sun
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Solarelektrische
Trinkwassererwärmung
Trinkwasser
kann "kostenlos" und effizient mit Solarstrom
erwärmt werden. Ein System besteht aus Photovoltaik-Solarmodulen,
einer Regelung und einem Warmwasserspeicher
mit Heizstab.
Die von den Solarmodulen gewonnene Energie wird
bis zu 99 % über eine Regelung direkt mit dem Heizstab in nutzbare
Wärme umgewandelt. Die MPPT-Funktion
des Reglers (Maximum Power Point Tracking > Maximal-Leistungspunkt-Suche)
sorgt dabei für einen maximalen Solarertrag. Die Energieübertragung
von den Photovoltaikmodulen erfolgt über zwei normale 4 mm²
Solarkabel mit wenigen Millimetern Durchmesser.
Der angeschlossene Heizstab erwärmt das Trinkwasser im Speicher
bis zur eingestellten Solltemperatur. Um auch bei geringer
Sonneneinstahlung eine konstante Trinkwassertemperatur
zu gewährleisten, schaltet die Regelung den Heizstab automatisch
auf den vorhandenen Netzstrom, bis die Sonne diese
Aufgabe wieder übernimmt. Die Entscheidung, ab wann und bis
zu welcher Temperatur das Netz genutzt werden soll, erfolgt komfortabel
über das Display der Regelung.
Photovoltaik
Trinkwasser Regelung PVH C-1.05 - Nectar
Sun |
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Ein
Bürgersolarpark (Photovoltaik-Freiflächenanlagen)
fördert die Akzeptanz für Photovoltaikanlagen. Warum muss man auf jedes Haus eine eigene Anlage
packen? Sinnvoller ist es, in einer Gemeinde bzw. Stadt eine große Solaranlage zu bauen. Hier kann sich jeder Bürger
beteiligen, vor allen Dingen dann, wenn er kein geeignetes Dach zur Verfügung hat oder sich das Dach nicht
verschandeln oder den Anblick den Nachbarn die spiegelnden Flächen nicht zumuten will. Die Nachteile einer PV-Anlage
bezüglich des Brandschutzes (Blitzschutzanlage) oder bei einem
Feuer (Brandlöschung)
sind zunehmend in der Diskussion.
Für Wind- und Solarparks sollen die Betreibergesellschaften künftig nach
dem Gewerbesteuergesetz § 29 mindestens
90 %, statt bislang 70 % der Gewerbesteuer an die Standortkommunen zahlen. Dadurch wird u. a. eine
bessere Akzeptanz der Anlagen vor Ort erhofft. |
Photovoltaik-Freiflächenanlage
Photovoltaik-Freiflächenanlage an der
Bahnstrecke - Garding - St.Peter-Ording
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Die Freiflächenanlagen werden hauptsächlich auf Konversionsflächen erstellt. Darunter versteht man Böden mit hoher Schadstoffbelastung, ehemalige Mülldeponien oder früher militärisch genutzte Flächen. Aber auch Ackerland oder Grünflächen können in so genannten "landwirtschaftlich benachteiligten Gebieten" in begrenztem Umfang für Solaranlagen genutzt werden. Für die deren Ausweisung ist die jeweilige Landesregierung zuständig und die zuständigen Kommune muss muss für jede Freiflächenanlage eine Baugenehmigung erteilen. Dieses Verfahren ist zur Zeit ein langwieriges Verfahren, weil auch die ökologische Verträglichkeit und die Integration ins Landschaftsbild geprüft werden müssen.
Die Vorteile dieser Anlagen sind, dass die Ausrichtung der Module durch die Aufständerung weitgehend frei festgelegt werden kann. Die Standortwahl ist nur durch die rechtlichen Rahmenbedingungen eingeschränkt. Dabei kommen hochwertige landwirtschaftliche Flächen und ökologisch wertvolle Flächen nicht in Betracht. Aber auch Naturschutzbelange sind zu beachten, wobei Naturschutz mit nicht Umweltschutz verwechselt werden darf, da eine Photovoltaikanlage keine schädlichen Emissionen verursacht und Tiere noch Pflanzen nicht geschädigt werden. Die Beeinträchtigung des Landschaftsbildes wird immer wieder als Gegenargument der Gegner herangezogen. |
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Gardinger Photovoltaik-Freiflächenanlage 
Photovoltaik-Freiflächenanlage an der
Bahnstrecke - Garding - St.Peter-Ording
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Jede Gemeinde hat Grundstücke
für Photovoltaik-Freiflächenanlagen (z. B. Schafweiden,
Konversionsflächen, ehemaligen Mülldeponien),
die z. B. in Form einer
Energiegenossenschaft,
Energiegesellschaft oder
GmbH & Co, KG) genutzt werden können.
Außerdem sollte das "Kirchturmdenken"
durch Kooperationen über die eigene
Grundstücks- bzw. Gemeindegrenze hinaus stattfinden. |
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Energiegenossenschaft / Klimaschutzgenossenschaft
Das Ziel einer Energiegenossenschaft ist, dass Bürgerinnen und Bürger dezentral in erneuerbare Energien (z. B. Windkraftanlagen, Photovoltaik-Freilandflächen, Biogasanlagen, Blockheizkraftwerke, Wasserkraftwerke) investieren. So sollen Arbeitsplätze in der Region gehalten bzw. geschaffen werden und die Erträge und Gewerbesteuern der
Kommune zugutekommen. Außerdem hat sich bestätigt, dass eine bessere Akzeptanz der Anlagen vor Ort gegeben ist.
Die Gründungsvoraussetzungen gleichen den der Eingetragenen
Genossenschaft (eG) |
In Energiegenossenschaften kommen unternehmerisches Engagement und Maßnahmen
zum Umwelt- und Klimaschutz zusammen. Die lokale Verankerung und das ehrenamtliche
Engagements der aktiven Mitglieder sind das Kennzeichen und der Vorteil der Energiegenossenschaften und wenn sie weitere klimaschutzrelevante
Geschäftsfelder erschließen und ihre Mitglieder sowie die Öffentlichkeit für konkrete Klimaschutzmaßnahmen* gewinnen, dann kann man diese auch als Klimaschutzgenossenschaft bezeichnen.
* Um bis 2050 die festgelegten deutschen Klimaziele zu erreichen, müsen
die Treibhausgasemissionen um 80 bis 95 % gegenüber 1990 verringert werden. Dazu sind grundlegende Umstellungen in allen Lebens- und Wirtschaftsbereichen vorzunehmen. Dies muss nicht unbedingt zu starken Einschränkungen führen.
Notwendige Veränderungen in folgenden Lebens- und Wirtschaftsbereichen:
- Wohnen (Wärmedämmung, Passivhausstandard, weniger und effizientere Haushaltsgeräte, energiesparende
Beleuchtung)
- Heizen, Kühlen, Lüften (Wärmepumpen, BHKW, Brennstoffzellen, Wasserstoffnutzung, synthetisches Methan
und Erdgas, Kontrollierte Wohnungslüftung)
- Landwirtschaft (Senkung der Stickstoffüberschüsse, Minderung der Ammoniakemissionen, Verminderung der
Lachgasemissionen, Wiedervernässung von Mooren, Anhebung des Humusgehalts, Senkung der Tierzahlen [Methan-Emissionen senken])
- Ernährung (weniger Fleischkonsum, sorgsamerer Umgang mit Lebensmitteln)
- Mobilität (Fahrräder, E-Bikes, E-Lastenfahrräder, E-Autos, Bus, Bahn, CarSharing, kürzere Wegstrecken)
- Energieversorgung (Solarthermie [Photovoltaikanlage, Solarthermie, solare Fernwärme,
Sonnenwärmekraftwerk, Aufwindkraftwerk], Windenergie [Windkraftanlage, Flugwindkraftwerk], Bioenergie (Biomasse, biogener Brennstoff
und Biokraftstoff], Geothermie [Erdwärme, Tiefenwärme])
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Geschäftsbereiche der Energiegenossenschaften
- Energieerzeugung
- Vertrieb alternativer Energie
(Strom, Wärme, Gas)
- Übernahme und Betreiben von Versorgungsnetzen
- Dienstleistungen für einen effizienteren
Umgang mit Energie und Klimaschutz (Beratung, Energiespar-Contracting)
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Vorteile einer Energiegenossenschaft
- Die Genossenschaft ist den Mitgliedern verpflichtet und dient nicht vordergründig finanziellen Interessen
- Wirtschaftliche Beteiligung der Mitglieder (Mitglied ist Träger und
Nutzer der Leistungen)
- Kein Mindestkapital zur Gründung erforderlich
- Flexible und schnelle Entscheidungsfindungen
- Insolvenzsichere Gesellschaftsform – überörtliche Prüfung durch Genossenschaftsverband
- Demokratische Rechtsform – jedes Mitglied hat eine Stimme
- Nicht aufkaufbar – keine "feindliche Übernahme" möglich, wie es bei Kapitalgesellschaften möglich ist
- Ein- und Austritt durch eine einfache Willenserklärung – es ist kein Notar und kein Gericht nötig – so entstehen keine Kosten!
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USV
- Unterbrechungsfreie Stromversorgung |
Viele Einrichtungen in haustechnischen
Anlagen sind auf eine störungsfreie Stromversorgung
angewiesen. Hier stehen besonders Computersysteme für die Regelungstechnik
im Vordergrund. Aber auch im Bereich der Eigenwasserversorgung und in
Heizungsanlagen kann ein Stromausfall zu erheblichen Problemen führen. |
Besonders in Anlagen mit
festen Brennstoffen, so z. B. Holzvergaserkessel
(HV) und Kamineinsätze mit Wassertaschen, ist eine
ständige Wasserzirkulation notwendig, damit die Wärme abtransportiert
werden kann, es nicht zur Überhitzung kommt und die thermische Ablaufsicherung
(TAS) ansprechen muss. |
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HEIKONTROL
2000 (USV) |
| Quelle:
Heizkontor |
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Wenn diese Anlagen
nicht eigensicher (offene Anlage auf Schwerkraft)
gebaut werden können und ein häufiger Stromausfall
möglich ist, dann ist der Einbau von UVS-Systemen eine
Möglichkeit, die Stromversorgung sicherzustellen. Ansonsten
dürften diese Anlagen nicht gebaut werden. |
UVS-Systeme gibt es
in den verschiedensten Ausführungen. |
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Notstrommodul |
1.
Solarmodule 2. Wechselrichter 3. Batterie 4. Netz 5. Geräte
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Quelle:
Solar Direct GmbH |
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Um den Betrieb wichtiger
elektrischer Geräte (wie Funkgeräte oder medizinische
Apparate und Messinstrumente) auch bei Stromausfällen
sicherzustellen, sind Notstromsysteme auf
der Basis von Solar- oder Windenergie oft die preiswerteste
und effizienteste Lösung. |
Notstromsysteme werden
überall da eingesetzt, wo die Versorgung mit Netzstrom
nicht zuverlässig gewährleistet ist. Eine Backupanlage
übernimmt die Stromversorgung, wenn der Netzstrom ausfällt.
Je nach Größe der Anlage können die nötigsten
Geräte versorgt werden oder auch ein Kühlschrank
und weitere Geräte. Für die Größe der
Anlage ist auch die voraussichtliche Dauer eines Stromausfalls
entscheidend. Quelle: Solar Direct
GmbH |
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| Mini-Wasserkraftwerke
(100 kW – 1.000 kW)
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Anlagenschema |
Quelle:
Peter Maurer |
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Pico-Wasserkraftwerk selbst
gebaut
Ob Sie Ihr Ferienhaus oder Alphütte
elektrifizieren wollen oder ob einfach die Rechnung des Elektrizitätswerkes
verkleinert werden sollte: Ein Wasserkraftwerk
eignet sich für beides. Die Anlage wird jedoch unterschiedlich
aussehen.
Wird eine alleinstehende Alphütte mit Elektrizität
versorgt nennt man das Inselbetrieb.
Wird jedoch der Strom ins öffentliche Netz
zurück gespiesen, nennen wir es Netzbetrieb.
Im Inselbetrieb konkurriert das Wasserkraftwerk
im Preis mit den Kosten einer Zuleitung vom öffentlichen
Netz oder dem Preis für eine Solaranlage. Wenn jedoch die
Wasserverhältnisse ausreichen, ist ein Picokraftwerk
meistens die günstigste Möglichkeit.
Im Netzbetrieb spielt die Wirtschaftlichkeit
eine zentrale Rolle. Interessant wird es vor allem, wenn die Leistung
selber verbraucht wird. Dann kann man den Preis pro kWh in die
Kalkulation einbeziehen, den man selber bezahlen müsste.
> weiter
weitere
Mini-Wasserkraftwerke
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Kleinstwasserkraftwerk
Die Einsatzbereiche der Kleinstwasserkraftwerke
sind Berghütten, Alphütten, Ferienhäuser und vom
öffentlichen Stromnetz nicht erschlossenen Gebäude, welche
aber mit Wasser versorgt sind, oder über eine Quelle mit ausreichender
Wassermenge verfügen.
Die Turbinen (Pelton-Turbine, Ossberger-Turbine,
Pico Hydro-Turbine, Harris-Turbine, Gilmartin-Patent) dieser Kraftwerke
bieten sich für den Hybridbetrieb (Inselversorgung)
mit Windkraftanlagen und Photovoltaik
an. |
| Aus der Fallhöhe
und der Wassermenge kann die theoretisch
zur Verfügung stehende Leistung berechnet werden. Über
die Formel |
P (W) = Q (l/s) x H (m) x
9,81 |
lässt sich die theoretische
Wasserenergie in Watt errechnen. Diese
Formel bezieht sich auf 100 % Wirkungsgrad ohne
Verluste. Je kleiner Nutzhöhe und Wassermenge
und damit die Wasserkraftanlage wird, desto geringer
wird der Gesamtwirkungsgrad der Anlage. |
Beispiel:
Ein Gebirgsbach liefert eine nutzbare Wassermenge
von 3 l/s bei einer Nutzhöhe von 40 m. |
P = 3 l/s x 40m
x 5,5 = 660 W = 15,8 kWh/Tag |
Es können
also dauerhaft 660 W elektrische Leistung erzeugt
werden. Da aber einige elektrische Verbraucher wesentlich mehr als
660 W Leistung beziehen, muss die Kraftwerksleistung in Bleiakkumulatoren
zwischengespeichert werden. Über einen Sinus-Wechselrichter
kann dann die Speicherbatterie mit einer vielfach höheren Leistung
als der Kraftwerksleistung belastet werden. Quelle:
Kleinstwasserkraft Klopp |
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V Kleinstturbine
Quelle: Müller - Turbinen Wasserkraftwerke |
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tragbare
Micro-Hydro Turbine
Quelle: Phocos AG
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Kleinwindkraftanlagen
(KWKA) |
Mit der Mikrowindkraftanlage SkyWind NG kann der Wind auf vorhandenen Gebäude oder Hallen direkt auf dem Dach genutzt werden. Die Anlage wird ohne Masten und Fundamente, ohne Kranwagen und ohne aufwändigen Anschluss installiert. Der erzeugte Strom wird dann direkt bei im Gebäude verbraucht. Die Anlage ist, als einzige am Markt, nach neuster VDE 4105, VDE 0124-100 und VDE 0126-1-1 zum Beispiel für den Steckdosenanschluss zertifiziert. Dabei ist der SkyWind im Betrieb außerdem so leise, dass er dank der Prüfung des TÜV Nord selbst in reinen Wohngebieten installiert werden kann. |
Das SkyWind NG zeichnet sich durch eine hohe Leistung bei kompakten Maßen und geringem Gewicht aus. Seine vollständige Fertigung aus Metall bedeutet für eine höchste Festigkeit und Haltbarkeit.
Die SkyWind's basieren auf einer patentierten Technologie. Jede Turbine ist dabei nur so gut wie der Wechselrichter zu Ihr passend ist. Hier handelt es sich um ein abgestimmtes Gesamtsystem, dass aus jedem Standort die maximale Leistung generiert. Auch auf Dächern, Hallen und an weiteren Standorten die hinsichtlich Gewicht und Verwirbelung sensibel sind.
Der Rotor ist aus hoch belastbarem Luftfahrtaluminium gefertigt. Gemeinsam mit einem erfahrenen Gutachter wurde die Geometrie des Rotors dabei optimal an die Belastungen angepasst. Das Ergebnis ist ein Rotor mit nur 800 Gramm Gewicht und minimalen Emissionen. Spezielle Beschichtungen verhindern außerdem störende Reflektionen, während der kleine Rotor Drehschatten verhindert. Selbstverständlich ist der Rotor darüberhinaus vollkommen UV-resistent und durch seine geringe Fläche extrem leise im Betrieb. Als einzige Windkraftanlage dieser Größe wurde der SkyWind NG im Testfeld der Windtest Grevenbroich GmbH vermessen. Auch die Wohngebietstauglichkeit ist durch den TÜV-Nord mit einem umfangreichen Schallgutachten bestätigt. |
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Kleinwindkraftanlage
für Netz- und Inselsysteme |
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Kleinwindkraftanlagen
(max. 70 kW; Anlagen für private Haushalte leisten zwischen
0,4 bis 30 kW) für private und gewerbliche Zwecke zur
Nutzung von Windkraft sind von vielen Herstellern schon in
Betrieb bzw. in der Entwicklung. Hier wird eine einfache robuste
Bauweise, die eine Lebensdauer von 20 Jahre und ein annehmbares
Preis-/Leistungsverhältnis hat, angestrebt. Auch sollte
die Amortisationszeit, je nach Standort, bei ca. 8 bis 12
Jahren liegen. |
In der IEC-NORM
61400-2:2006 werden Klein-Windkraftanlagen nach folgenden
Vorausetzungen festgelegt. Die Rotorfläche muss kleiner
sein als 200 m² bei 350 W/m². Das bedeutet, dass
die Kleinwindkraftanlagen eine maximale Leistung von 70 kW
haben dürfen. Die Turmhöhe darf 20 m nicht überschreiten.
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Die Kleinwindkraftanlagen
sind im Gegensatz zu Photovoltaikanlagen zur Zeit für Privathaushalte
noch eine Seltenheit. Diese Anlagen werden hauptsächlich für
autarke Inselanlagen bei Ferien- und Wochendhäusern,
in Kleingärten und auf Booten bzw. Schiffen eingesetzt. Eine Hybridanlage,
die aus einer PV-Anlage und Windkraftanlage
den Strom zur Eigennutzung bzw. Netzeinspeisung
herstellt oder zum Laden eines großen Solarakkus genutzt werden
kann. Durch die bivalente Lösung wird die Nutzungszeit verlängert,
da dann auch bei bewölktem und stürmischem Wetter (auch in der
Nacht) Strom erzeugt wird. |
Da die Hochsaison für Kleinwindkraftanlagen
im Winterhalbjahr liegt, sind sie eine ideale Ergänzung zur Photovoltaik
bei einer Inselversorgung (Inselbetrieb). |
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Kleinwindkraftanlage |
Quelle:
ZACK Gesellschaft für innovative Heizungssysteme mbH |
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Vertikal-Windgeneratoren |
Quelle:
MITTRONIK GmbH |
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Kleinwindkraftanlage |
Quelle: Wind-Systeme-Direkt |
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Das Hauptproblem
wird wohl in der Akzeptanz der Nachbarn und
Behörden liegen. |
| Grundsätzlich gibt es zwei
Typen von Kleinwindkraftanlagen: |
- Rotorblätter drehen sich
um eine vertikale Achse
- Rotorblätter drehen sich
um eine horizontale Achse
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Jede Kleinwindanlage
braucht einen Wechselrichter, der den erzeugten
Strom in konstante 230 Volt und 50 Hertz umwandelt, damit
er im Haus genutzt werden kann. |
Vertikale
Kleinwindkraftanlagen bestehen aus einem Getriebe
und Generator, die in den meisten Fällen
auf dem Boden befestigt sind. Zur Zeit ist die Windausbeute
geringer als die der horizontale Kleinwindkraftanlagen. |
| Merkmale für vertikaler
Kleinwindkraftanlagen: |
- Stromerzeugung auch bei schwachem
Wind
- Keine Abschaltung bei starkem
Wind
- Unabhängig von der Windrichtung
und somit keine Nachführung (Ausrichtung) notwendig
- Auch bei turbulenten Windströmungen
einsetzbar
- Sehr leiser Betrieb
- Bei niedrigen Windgeschwindigkeit
in Bodennähe ein schlechter Wirkungsgrad
- Wartungsaufwand relativ aufwendig
(Auswechselung des Hauptlagers - Demontage der ganzen Kleinwindkraftanlage)
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Horizontale
Kleinwindkraftanlagen bestehen aus einer horizontalen
Achse mit einem Rotor/Generator,
Rahmen/Azimutlager und einer Windfahne. |
| Merkmale für horizontale
Kleinwindkraftanlagen sind: |
- Langlebigkeit durch Erfahrungen
aus den Großwindkraftanlagen
- Guter Wirkungsgrad schon bei
Windgeschwindigkeiten von 3 m/s
- Geräuschpegel je nach Windradtyp
unterschiedlich
- Zur Zeit noch effizienter als
vertikale Kleinwindkraftanlagen
- Abhängig von der Windrichtung,
somit muss ist eine Nachführung (Ausrichtung) notwendig
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Kleinwindkraftanlagen
müssen genehmigt werden und den Vorschriften inbezug auf
Lärm und Schattenwurf entsprechen. Leider entscheiden die regionale
Behörden immer noch unterschiedlich. Die Bauämter können
hier Auskünfte erteilen. In einigen Bundesländern sind Anlagen
bis zu 10 m Höhe genehmigungsfrei, aber verzichten nicht auf ein
statisches Gutachten. |
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Architekt
erfindet neue Technologie |
Neue Ideen sind gefragt,
wenn es um den Ausbau der erneuerbaren Energien geht. Ein
Architekt aus Freiburg hat möglichweise einen Kompromiss
gefunden, mit dem Gegner und Befürworter von Windrädern
einverstanden sind. Er baut die Windräder direkt auf
Baumspitzen. |
Mit Windkraftanlagen
auf Baumkronen greift der Freiburger Architekt
Wolfgang Frey in die Diskussion um die Windkraft ein.
Als Prototyp hat er in Freiamt im Kreis Emmendingen
auf einer rund 30 Meter hohen Douglasie eine Windkraftanlage
montiert. Eine Gesetzeslücke in den
Genehmigungsvorschriften macht es möglich. |
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Windenergie
Logger PCE-WL 2 mit Display |
Quelle:
PCE Deutschland GmbH |
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Um die Windsituation
vor der Inbetriebnahme einer Windkraftanlage
zu messen und zu analysieren wird ein Windenergie-Logger
eingesetzt. Damit werden die Messwerte für Windgeschwindigkeit
und Windrichtung auf einer SD-Karte
gespeichert. Nach einer Messung können die Windenergiedaten
an einem Computer ausgewerten werden.
Der Windsensor misst die
Windgeschwindigkeit bis zu 40 m/s
und die Windrichtung über einen Bereich
von 2,5° bis 357,5°. Das Schalenkreuz
ist mit verschleißarmen Reedrelais ausgestattet. Zusätzlich
sind mit einem Display
die Aufzeichnungstakte der gespeicherten
Werte für Windrichtung und Windgeschwindigkeit abzulesen. |
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Ein Bürgerwindpark fördert die Akzeptanz für Windkraftanlagen, wenn diese von einer Gemeinde,
einem Gemeindeverband bzw. einer Stadt gebaut wird und nicht von den großen Energieversorgern. Hier kann sich
jeder Bürger beteiligen, denn Kleinwindkraftanlagen
werden in den meisten Baugebieten nicht genehmigt. Außerdem
sollte das "Kirchturmdenken" durch Kooperationen über die eigene Grundstücks- bzw. Gemeindegrenze hinaus stattfinden. |
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Die hohe regionale Akzeptanz und Teilhabe an den Bürgerwindparks entstehen unter enger Zusammenarbeit zwischen den jeweiligen Initiatoren, die Personen aus der Region sind, mit den beteiligen Gemeinden und der ortsansässigen Bevölkerung.
In Nordfriesland sind die Bürgerwindparks bereits die Regel. Hier sind ca. 90 % aller Windparks unter Bürgerbeteiligung entstanden. Jede Gemeinde hat Grundstücke, die als Aufstellflächen mit der geringsten Auswirkung durch Schall oder Schattenwurf ausgewählt werden können. Die Bürgerbeteiligung kann in Form einer Energiegesellschaft (Genossenschaft oder GmbH & Co, KG) aufgestellt werden. |
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Wünschenswert ist die Verspargelung der Landschaft nicht.
Dazu kommen dann noch die riesigen Türme der Überlandleitungen (Freileitungen).
(Ich bin kein Gegner der Windenergie, aber ein wenig weniger bzw. konzentriert, wäre angesagt)
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Schon im
12. Jahrhundert wurden in Mitteleuropa Windmühlen
eingesetzt. Bis Mitte des 18. Jahrhunderts waren dann 200.000
Windmühlen in Betrieb. Diese wurden nicht nur als Getreidemühlen,
sondern auch als Pumpen zum Trockenlegen
von Sumpfgebieten und Trockenhalten
von den Niederungen (Polder, Koog, Groden)
in Holland und an der Nordseeküste eingesetzt. |
Sie wurden
Anfang des 19. Jahrhunderts nach dem zunehmenden Einsatz der
Dampfmaschinen stillgelegt. Im letzten Jahrzehnt
des 20. Jahrhunderts wurde die Windenergie zur Stromerzeugung,
z. B. auch durch Kleinwindkraftanlagen, "wiederentdeckt".
So werden inzwischen viele Landwirte zu Energiewirten.
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Windkraftpumpe |
Quelle:
Molzan Windkraftpumpen |
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Die Windkraftpumpen
werden seit Jahrzehnten zur stromlosen Föderung
von Wasser und Sauerstoff
in der Fisch- und Landwirtschaft
(z. B. aus Brunnen auf Viehweiden) eingesetzt. |
Die Windkraftpumpe
besteht aus einem feuerverzinkten freistehenden Mast, der
das wartungsfreie Exentergetriebe, den ausgewuchteten Rotor
und die Windfahne, die zur Steuerung und Abschaltung dient,
sowie die Pumpenanlage. Das hohe Drehmoment des Rotors ermöglicht
eine Wasser- sowie Sauerstoffförderung schon bei Windstärke
1 bis 2 Beaufort je nach Saughöhe, wobei schon bei Windstärke
4 bis 5 die Nennleistung erreicht ist. Die Windfahne dient
auch zur Drehzahlbegrenzung des Rotors bei Starkwind und verhindert
gleichzeitig eine Beschädigung der Windkraftanlage. Das
Rotorkreuz und Windfahnengestänge sind feuerverzinkt,
die Rotorflügel und Windfahnenbleche sind aus rostfreien
Edelstahl. |
| Die Windkraftpumpen eignen sich für
Be- und Entwässerung, für Weidetränken, zum Umpumpen,
zur Bewässerung und zur Belüftung von Fischteichen.
Quelle: Molzan Windkraftpumpen |
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| Max-Water |
Quelle:
Water UN Limited |
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| Funktion
- Max-Water |
Quelle:
Water UN Limited |
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| Air
Well |
Das Prinzip
der "Air Wells" - (Luft-Quellen/Luftbrunnen)
wurde inzwischen weiterentwickelt. So kann durch eine Windkraftanlage,
die in der Atmosphäre vorhandene Feuchtigkeit
durch Kondensation abgeschieden werden. |
So hat z. B. die bahnbrechende
Technologie Max-Air von
Dr. Max Whisson (Vorbehalt Patentanmeldungen) hat das Potenzial,
Wasser aus der Luft mit Hilfe einer Turbine
mit Kältemittel zu produzieren. Diese
Technologie ist in der Lage, ausreichende Mengen von Wasser
für eine Vielzahl von Verwendungen zu liefern. Hierbei
liefert die Windenergie den Strom für den Betrieb dieser
Anlage. |
Das System kann auch
erhebliche Mengen von Wasser in Gebieten mit niedriger Luftfeuchtigkeit
"ernten". Der Erfinder sagt, dass ein 4-Quadrat-Meter-Gerät
durchschnittlich 7.500 Liter Wasser pro Tag extrahieren kann.
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Bei dem Gerät
kommt feuchte Luft in das System und wird
durch einen Druckabfall hinter den Rotorblättern
der Windenergieanlage gekühlt. Die Luft strömt in
eine Kammer mit gekühlten Metallplatten
aus nicht-benetzbaren Flächen und die kondensierten Wassertröpfchen
laufen in eine Sammelstelle. |
Für die Kondensation
wird eine große Menge an Energie benötigt. Aber
der Erfinder ist zuversichtlich, dass seine Windturbine effizient
genug ist. Quelle: Anna Salleh |
| Ähnliche Anlagen
sind in der Erprobung, damit auch in Trockengebieten Wasser
"geerntet" werden kann. |
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Ein
Notstromaggregat wird zunehmend
im industriellen, aber auch privaten, Bereich eingesetzt. Besonders in
Gebäuden, die mit Strom beheizt werden, so z. B.
Wärmepumpenanlagen, ändert sich die Risikobewertung.
Im Prinzip ist jede moderne Anlage von der Stromversorgung abhängig.
Notstromaggregate und Netzersatzanlagen sind für
Krankenhäuser, Behörden, Rechenzentren und andere sensible Bereiche
vorgeschrieben oder selbstverständlich. |
Diese Stromaggregate
gibt es als stationäre Einheiten (Industrie,
Krankenhäuser) oder mobile Geräte
(pivate Wohngebäude). Sie können mit Gas, Benzin
oder Diesel betrieben werden. |
Die mobilen
(tragbaren) Geräte haben eine Leistung von 2
bis 30 kVA, die über mehrere 230 Volt
Schutzkontakt-Steckdosen verfügen und darüber hinaus
meist noch mit einem Kraftstrom-Anschluss ausgestattet sind. |
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Inverter-Generatoren
(-Stromerzeuger) sind Wechselrichter. (Gleichspannung
in Wechselspannung bzw. Gleichstrom in Wechselstrom). Hier sind der Verbrennungsmotor
und Generator elektrisch voneinander getrennt und sie
laufen nicht mit der selben Frequenz. Der vom Generator erzeugte Strom
wird von der nachgeschalteten Wechselrichterelektronik in 230 oder 400
Volt mit 50 Hz umgewandelt. So wird aus dem Eingangsstrom eine perfekte,
saubere Sinusspannung mit einer optimalen Sinuskurve
hergestellt. |
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Honda-Inverter-Stromerzeuger |
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Diesel-Inverter-Stromerzeuger |
Quelle:
MITTRONIK GmbH |
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Die Inverter-Generatoren
können im Schwachlast- bzw. Teillastbetrieb
ihre Drehzahl und dadurch nicht nur den
Kraftstoffverbrauch, sondern auch die Geräuschentwicklung,
reduzieren. Auch soll die Stromqualität besser
sein, als der Strom aus der Haussteckdose. |
Die Geräte
sind nicht mehr an die bei der Stromerzeugung notwendige
Drehzahl von 3000 min-1 gebunden. Dadurch können
sie kompakter als konventionelle Generatoren gebaut werden,
da mit weniger Hubraum gearbeitet werden kann. Statt eines
Verbrennungsmotors mit 120 cm3 Hubraum
und 3000 min-1 kann ein 50
cm3-Motor mit 6000 min-1
bei gleicher Leistung eingesetzt werden.
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Die Inverter-Generatoren
in der Leistungsklasse bis ca. 2 kVA sind so kompakt, dass
sie ohne Probleme von einer Person transportiert werden
können. |
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Klein-Brennstoffzelle |
Quelle:
SFC Energy AG |
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Diese Brennstoffzelle
wurden für eine zuverlässige alternative
Stromversorgung von mobilen und portablen Anwendungen
im Leistungsbereich bis 90 W entwickelt. Es gibt drei
Modelle mit einer Ladekapazität von 600 bis 2160 Wh pro
Tag. Bei einem höheren Bedarf können mehrer kombiniert
werden. |
In der Brennstoffzelle
wird chemische Energie ohne Zwischenschritte,
ohne bewegte Teile und ohne große Wirkungsgradverluste
in elektrische Energie umgewandelt. |
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Das Strom erzeugende
Herzstück der Brennstoffzellen ist der Stack (engl. Stapel).
Er besteht aus einzelnen Zellen, die jeweils aus Anode, Kathode
und einer Membran aufgebaut sind, die als Elektrolyt Anode
und Kathode voneinander trennt. Durch die Membran können
positiv geladene elektrische Teilchen, die Protonen, diffundieren.
Auf der Seite der Anode werden Wasser und Methanol zugeführt,
auf der Seite der Kathode Sauerstoff aus der Umgebungsluft.
In der Reaktion an der Anode entstehen H+-Ionen und freie
Elektronen, sowie als Reaktionsprodukt Kohlendioxid (CO2).
Die Protonen können die Membran durchqueren, die Elektronen
müssen über einen angeschlossenen Stromkreis auf
die Kathodenseite wandern und erzeugen dabei Strom. An der
Kathode entsteht aus den H+-Ionen, dem Luftsauerstoff und
den Elektronen Wasserdampf. Quelle:
SFC Energy AG |
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Funktionsprinzip |
Quelle:
SFC Energy AG |
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Thermodynamisches
Kleinkraftwerk |
Das "Thermodynamische Kleinkraftwerk"
ist ein Kleinkraftwerk das seine Energie
aus der Umgebung, in Form der darin gespeicherten Wärmeenergie,
beziehen soll. Das Ziel ist die Entwicklung
eines Kleinkraftwerk-Prototypen, der die Umgebungswärme
in elektrische Energie wandelt und ca. 1 KW Überschussleistung
bringt. Die Verwirklichung eines Kreisprozesses, der eine kontinuierliche
und zuverlässige Energiekonversion ermöglicht.
Bei dem Projekt geht es um die Umwandlung von Umgebungswärme in
kinetische Energie, um daraus elektrische Energie
bereit stellen zu können. Das geschieht auf der Grundlage eines
thermodynamischen Kreisprozesses.
Die Erkenntnisse, wie ein thermodynamischer Kreisprozess aussehen muss,
der die Enthalpie der Luft in mechanische Energie umzuwandeln vermag,
gehen bis ins 19. Jahrhundert zurück und wurden aktuell von einem
Erfinder (Lazare
und Sadi Carnot?) und über den Kontakt zu diesem, nun auch
von uns aufgegriffen.
Das Arbeitsmedium des Kreisprozesses und somit der
darin eingesetzten Kraftmaschine ist reines CO2
das optimale Betriebsbedingungen schafft. Damit wird eine Umgebungswärmenutzung
bis unter - 20 °C möglich.
Der Prozess ist vergleichbar mit dem einer Wärmepumpe,
die Wärmeenergie zum Heizen bereitstellt, nur mit dem Unterschied,
dass hier anstelle von einem höheren Wärmeniveau verwertbare
kinetische Energie resultiert.
Das System eignet sich besonders gut zur privaten Anwendung und zur
dezentralen
Energieversorgung.
Eine frei erhältliche Dokumentation mit Bauplänen und den
nötigen Angaben soll erstellt werden und zur allgemeinen Verbreitung
dieser Energielösung beitragen. |
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Vereinfachtes
Schema zur Veranschaulichung des thermodynamischen Vorgangs |
Quelle:
Felix M. Hediger |
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Die Verwirklichung
des Vorhabens stützt sich auf die Erfahrungen des Erfinders,
der nach eigenen Angaben, ein auf diesen Prinzipien basierendes
Funktionsmodell mit einer Überschussleistung von 200 W erfolgreich
betreiben konnte.
Um die eigene Maschine mit einer Leistung von ca. 1000 W auslegen
zu können, müssen Vorversuche durchgeführt werden.
Auf die Erkenntnisse aus diesen Versuchen ist die Auslegung der
Kraftmaschine abzustützen und darauf hin deren Konstruktion
festzulegen.
Um den besonderen Kreisprozess betreiben zu können sind weitere
Eigenkonstruktionen nötig.
Eine Dokumentation zur Bereitstellung für die Allgemeinheit
soll erarbeitet werden. Quelle:
Felix M. Hediger
Thermodynamisches
Kleinkraftwerk -
Felix M. Hediger |
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Blackout |
Blackout - Wahrscheinlich oder Panikmache? Eine Antwort auf diese Frage ist nicht einfach. Auch die Experten sind sich hier nicht einig. Auf jeden Fall darf die Diskussion in den Medien nicht zu einer Panik führen. Wichtig sind leichtverständliche Informationen über das Thema "Blackout". Schon der Begriff kann in der Bevölkerung zur Panik führen. Leider sind zunehmend "schlechte Nachrichten" in den Medien die "besten Nachrichten" >((
In vielen Fällen ist es aber kein totaler Stromausfall, sondern ein "Brownout* ".
* Ein Brownout bezeichnet eine zu geringe Spannung im Stromnetz, sozusagen die Vorstufe eines Stromausfalls. Brownouts entstehen bei einem Ungleichgewicht im Stromnetz.
>>> hier ausführlicher - Stromnetzstörungen <<< |
