Erneuerbare Energien

Solarstrahlung

Die jährliche solare Einstrahlung auf eine horizontale Einheitsfläche in Deutschland liegt typischer Weise bei 1.000 kwh/(m²a), in sonnenreichen Regionen kann die solare Einstrahlung bei weit über 2.000 kwh/(m²a) liegen.

In Deutschland gibt es ca. 1.095 km² und ca. 805 km² Fassadenflächen, die zur photovoltaischen Stromerzeugung geeignet sind. Daraus ergibt sich für Deutschland ein Potenzial zur Stromerzeugung durch Photovoltaik von ca. 208 TWh/a. Dies entspricht etwa 34 % der Bruttostromerzeugung von 2005 von 619 TWh (Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen Feb. 2006).

In Europa stehen Flächen von min. 19.500 km² (davon 12.000 km²) in Spanien zur Verfügung, die für konzentrierende Solarkraftwerke geeignet sind. Daraus ergibt sich für Europa ein Potenzial zur Stromerzeugung durch konzentrierende Solarkraftwerke von 3.500 TWh/a. Dies übertrifft knapp die europäische Bruttostromerzeugung von 2001 mit etwa 3.400 TWh/a.

Photovoltaikanlagen

Ein Photovoltaikanlage besteht aus Solarzellen die den inneren Photoeffekt in Halbleitern nutzen, um Sonnenstrahlung in elektrischen Strom zu wandeln. Solarzellen finden Anwendung in kleinen Systemen wie z.B. in Armbanduhren als auch in Solarkraftwerken mit einer installierten Leistung von mehreren MWel.

Ende 2011 waren in Deutschland Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung von rund 24.820 MWp elektrischer Leistung installiert und haben 2011 insgesamt 18,50 TWh/a erzeugt. Das entspricht dem Strombedarf von mehr als 3,4 Millionen Drei-Personen-Haushalten.

Preisentwicklung Photovoltaikanlagen 2006-2012

 

Windkraft

In Deutschland gibt es Standorte um Windkraftanlagen mit einer Gesamtleistung mit einer Gesamtleistung von etwa 77 GWe zu installieren, einschließlich Off-Shore-Anlagen. Damit liegt das Stromerzeugungspotenzial durch Windkraftanlagen in Deutschland bei ca. 164 TWh/a (26% der deutschen Bruttostromerzeugung von 2005).

Biomasse

Bioenergie wird aus dem Rohstoff Biomasse gewonnen. Biomasse ist gespeicherte Sonnenenergie in Form von Energiepflanzen, Holz oder Reststoffen wie z.B. Stroh, Biomüll oder Gülle. Bioenergie ist unter den Erneuerbaren Energieträgern der Alleskönner: Sowohl Strom, Wärme als auch Treibstoffe können aus fester, flüssiger und gasförmiger Biomasse gewonnen werden. 2011 wurden aus fester, flüssiger und gasförmiger Biomasse insgesamt 36,9 Milliarden Kilowattstunden Strom, 126,5 Mrd. kWh Wärme sowie 3,6 Mio. Tonnen Biokraftstoffe erzeugt.

Einsatz von erneuerbaren Energien

Zu diesen Energieträgern werden insbesondere die Wasserkraft, Geothermie, Biomasse, Wind- und Sonnenenergie gerechnet. Die Nutzung dieser regenerativen Energien ist in den letzten Jahren deutlich erhöht worden. In Deutschland betrug im Jahr 2011 der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung ca. 20 %.

Der Einsatz von Wasserkraftanlagen im Kleinbereich ist deutlich gestiegen, da deren Installation durch das Stromeinspeisungsgesetz gefördert wird, stagniert aber in den letzten Jahren.

Geothermische Anlagen in Kopplung mit Wärmepumpen erhalten auch in Deutschland
zunehmende Bedeutung.

Windenergieanlagen werden von 5.0…3000 kW angeboten. Ein deutlicher Installationsschub ergibt sich aus den geplanten off-shore Großwindanlagen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass nur rund 6% der Windenergieleistung verlässlich zur Verfügung stehen, d.h., rund 94% der Windenergieleistung müssen durch Schattenkraftwerke abgesichert werden.

Bei der Nutzung der Sonnenenergie wurden die Arbeiten an dem Hochtemperatur-Solarkraftwerk drastisch reduziert. Dagegen expandiert gegenwärtig der Markt für Fotovoltaik und stellt damit einen der großen Wachstumsbereiche dar. Im Bereich der passiven Sonnenenergienutzung gewinnen Niedertemperatur-Solaranlagen zur Nutzung für Brauchwassergewinnung/-heizung an Bedeutung. Bei Einsatz von Hochtemperatur-Kollektoren ist zu beachten, dass die eingesetzten Kunststoffe häufig nur einen Schmelzpunkt von 120 °C besitzen und damit die Kollektoren nicht leerlauffest sind. Ihre Anwendung wird damit deutlich eingeschränkt. Bei der energetischen Verwertung von Biomassen spielt die Kombination von Rauchgasreinigung und Wärmerückgewinnung eine zunehmende Rolle und wird bereits großtechnisch erprobt. Für die Abgasreinigung wird die mehrstufige Nassreinigung (Nasselektrofilter oder Wäsche) einer mehrstufigen Trockengasreinigung nachgeschaltet.

 

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