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Photovoltaik in der Stadt- und Regionalplanung. Potenziale, Priorisierungen, Instrumente und Methoden

Potenziale, Priorisierungen, Instrumente und Methoden

AutorSamuel Hufnagel
VerlagDiplomica Verlag GmbH
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl149 Seiten
ISBN9783836632713
FormatPDF/ePUB
Kopierschutzkein Kopierschutz/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis9,99 EUR
"Der Klimawandel und die Endlichkeit von Öl, Kohle, Gas und Uran bringen enorme Herausforderungen für die globale Energieversorgung mit sich. Zunehmend setzt sich daher die Erkenntnis durch, dass die Sonnenenergie von entscheidender Bedeutung für die Zukunft sein wird.
In Deutschland vollzieht sich der Ausbau der Solarstromerzeugung schneller als anderswo auf der Welt. Dies führt zu vielfältigen Fragestellungen hinsichtlich der für die Photovoltaikanlagen benötigten Flächen. Samuel Hufnagel untersucht in dieser Studie primär die solaren Potenziale und Einsatzmöglichkeiten in städtischen Räumen. Hierbei werden von ihm die Rahmenbedingungen zur Nutzung der Solarenergie in Bezug zur Stadtplanung gesetzt. Zur Darstellung führt der Autor verschiedene Aspekte an: von der Entwicklung des Energiebedarfs über die Solarstromvergütung bis hin zu den Möglichkeiten der Bauleitplanung. Des Weiteren werden von ihm Methoden und Instrumente zur Analyse und zur Aktivierung solarer Potenziale ermittelt. Es entstehen Priorisierungen von Flächen einerseits und Maßnahmen zur Förderung und Inwertsetzung von Flächen andererseits. Zur Konkretisierung werden solare Potenzialflächen am Beispiel der Stadt Norderstedt dargestellt."

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Leseprobe
Textprobe: Kapitel 4, Photovoltaik und Solarthermie im Vergleich: Neben der Photovoltaik nutzt auch die Technik der Solarthermie die Sonnenenergie, prinzipiell ergeben sich daher zwei konkurrierende Nutzungsmöglichkeiten. Zur besseren Verständlichkeit ist es deshalb notwendig die zentralen Aspekte beider Verfahren zu erläutern und zueinander in Bezug zu setzen. Allerdings sollen die jeweiligen Vor- und Nachteile nicht detailliert abgewogen werden. Solarthermieanlagen, die auch als Solarkollektoren bezeichnet werden, nutzen die Sonnenenergie um ein Trägermedium zu erwärmen. Eine Übertragung der thermischen Energie in einem Wärmetauscher stellt diese für weitere Anwendungen bereit. Die gespeicherte Energie wird dann zur Klimatisierung von Gebäuden und zur Versorgung mit Warmwasser genutzt. Da Solarthermieanlagen weniger sensibel auf Teilverschattungen reagieren als Photovoltaikmodule, können diese auch unterhalb von Schornsteinen oder Gauben angebracht werden. Damit können Konkurrenzsituationen der beiden Technologien untereinander entschärft werden. Die Solarthermie kann bis zu 80 Prozent der einfallenden Sonnenenergie nutzen und hat somit einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als die beste Solarzellentechnik. Jedoch ist elektrische Energie 'wertvoller' als Wärmeenergie, denn eine Wärmpumpe kann beispielsweise aus einer kWh Strom drei bis sechs kWh Wärmeenergie gewinnen. Zumeist wird dabei die Wärme dem Erdreich entzogen. Dieser Zusammenhang hat besondere Bedeutung bei kleineren Gebäuden wie Einfamilienhäusern, die bezogen auf die Grundstücksgröße relativ wenig Heizbedarf haben und somit ein für die Nutzung von Wärmepumpen vorteilhaftes Verhältnis von umgebendem Erdreich und Gebäudevolumen aufweisen. Solarthermisch erzeugte Wärmeenergie kann nur vor Ort genutzt und im Unterschied zum Solarstrom nicht in ein überörtliches Netz eingespeist und geldlich vergütet werden. Die Speicherung von Überschussproduktion ist aufwendig und nur begrenzt möglich. Große Erdspeicher, die Wärmeenergie für kalte Jahreszeiten speichern können, sind bislang nur in wenigen Projekten gebaut worden. Die Betriebskosten, bzw. Heizkosten eines Gebäudes lassen sich durch eine Solarthermieanlagen senken. Der durch eine Photovoltaikanlage erzeugte Strom hingegen wird in das öffentliche Netz eingespeist. Eine Investition in diese Stromerzeugung nimmt somit kaum Einfluss auf die Betriebskosten und ist vielmehr einer Geldanlage ähnlich. Daraus ergeben sich dann auch steuerrechtliche Konsequenzen, denn ein Energieersparnis durch Solarthermie gilt nicht als Gewinn und ist somit auch nicht zu versteuern. Die Vergütung für Solarstrom wiederum gilt als Einnahmen und ist zu versteuern. Bevor eine solare Potenzialschätzung für ein Gebäude aufgestellt wird, ist es notwendig den Energiebedarf einschließlich des jahreszeitlichen Klimatisierungsbedarfs genau zu untersuchen. Bei bereits bestehenden Fernwärmeanschlüssen ist ein zusätzlicher Einsatz von solarthermischen Anlagen selten empfehlenswert. Denkbar ist eine solarthermische Anlage als Alternative oder Ergänzung zu Blockheizkraftwerken. Wenn die Rahmenbedingungen stimmen und ausreichend Flächen an oder auf Gebäuden zur Verfügung stehen, können Solarthermie- und Photovoltaikanlagen auch sinnvoll nebeneinander betrieben werden. Bei Einfamilienhäusern ist es möglich so eine Grundversorgung sicherzustellen. Zum 1. Januar 2009 ist das 'Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz' (EEWärmeG) in Kraft getreten. Dieses Gesetz sieht vor, den Wärmeenergiebedarf aller Gebäude, die neu errichtet werden, anteilig mit erneuerbaren Energien zu decken. Bei einem Einsatz von Solarthermie muss nach einem vorgegebenen Schlüssel eine Mindestfläche mit Solarkollektoren ausgestattet werden. Experten fürchten nun eine zunehmende Konkurrenz zwischen der Strom- und Wärmeerzeugung. Nicht wenige prophezeien infolge der erhöhten Degression für Solarstrom, eine Verlagerung des Kundeninteresses von der Photovoltaik zur Solarthermie. Eine mögliche Lösung könnte in der Anwendung von Hybridanlagen liegen. Vielversprechend sind neuere Entwicklungen zur Kombination solarthermischer und photovoltaischer Anlagen. Durch das direkte Übereinanderlegen lassen sich beide Techniken verbinden. Diese Hybridkollektoren ermöglichen durch die Wärmeabsorption unterhalb der Photovoltaikmodule einen besseren Wirkungsgrad. Einen um 35 Prozent höheren Jahresstromertrag verspricht die Firma Ecotec Energy AG. Hybridanlagen können auf der gleichen Fläche mehr Energie erzeugen als nebeneinander installierte Module und Kollektoren. Damit können mögliche Flächenkonkurrenzen entschärft und einfacher eine Komplettversorgung von beispielsweise Einfamilienhäusern mit Strom durch die eigenen Dachflächen erreicht werden. Neben geringeren Installationskosten lassen sich durch reduzierten Materialbedarf in der Herstellung auch die Produktionskosten senken. Ein weiterer Vorteil der Kombination ergibt sich im Winter, wenn mit Hilfe der solarthermischen Anlage die Photovoltaikmodule schneefrei gehalten werden. Schließlich kann mit der gekoppelten Technik auch ein einheitlicheres Erscheinungsbild erreicht werden, denn bisher hat die Kombination von Solarthermie und Photovoltaik zu 'flickenartigen Dachflächen' geführt. Die weitere technische Entwicklung ist zwar nicht absehbar, doch scheint die Hybridtechnik ein innovativer Ansatz zu sein, um sich einer ganzheitlichen erneuerbaren Energieversorgung zu nähern. Um den Einsatz dieser Technologie zu fördern, sollte eine Ergänzung des EEG aber auch des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz geprüft werden. Vorstellbar wäre eine Bonus-Vergütung, die bei einer Anwendung hybrider Technologien zum Einsatz kommen könnte. Ergänzungen könnten schon vor 2012, dem Zeitpunkt der nächsten Novellierung sinnvoll sein.
Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis5
1 Einleitung8
2 Energieversorgung12
2.1 Globale Energiesicherheit12
2.2 Nationale Energiesituation14
2.3 Erneuerbare Energien in Deutschland und in der EU18
2.4 Solarenergie20
3 Grundlagen der Photovoltaik24
3.1 Technik und Investitionskosten24
3.1.1 Zelltypen25
3.1.2 Lichteinstrahlung25
3.1.3 Ökologische Nachhaltigkeit27
3.1.4 Kosten und Rendite27
3.2 Einsatzgebiete und Referenzflächen29
3.2.1 Dachflächen32
3.2.2 Fassaden37
3.2.3 Freiflächen39
3.2.4 Weitere Einsatzmöglichkeiten42
3.3 Technisches Potenzial43
3.4 Interaktionen im System der Stromversorgung45
3.4.1 Dezentralität45
3.4.2 Versorgungssicherheit46
3.4.3 Stromgestehungskosten47
3.4.4 Regelenergie49
3.4.5 Netzparität von Solarstrom50
3.4.6 Intelligente Energieinfrastrukturen52
3.5 Rentabilität und volkswirtschaftliche Effekte54
4 Photovoltaik und Solarthermie im Vergleich56
5 Rechtliche Rahmenbedingungen für die Photovoltaik60
5.1 Klimaschutzgesetze auf Länderebene60
5.2 Erneuerbare-Energien-Gesetz61
5.2.1 Diskussion um die Kosten des EEG62
5.2.2 Dynamische Komponente des EEG63
5.2.3 Eigenverbrauch von Solarstrom64
5.2.4 Ende der EEG-Vergütung65
5.3 Raumordnung66
5.4 Landesbauordnungen66
5.5 Bauleitplanung67
5.5.1 Flächennutzungspläne68
5.5.2 Bebauungspläne68
5.6 Städtebauliche und privatrechtliche Verträge70
5.7 Kommunale Satzungen71
6 Methoden und Instrumente zur Bestimmung von Potenzialflächen für die Solarenergie72
6.1 Einfache und schnelle Bestimmungsmethode72
6.2 Computergestütze solare Planung und Optimierung73
6.3 Solare Rahmenpläne und Stadtraumtypen73
6.4 Laserscannung von Geländeoberflächen78
6.5 Zusammenfassung Methoden und Instrumente81
6.5.1 Stadtraumtypen81
6.5.2 Laserscannung von Geländeoberflächen82
7 Priorisierung von Einsatzgebieten86
7.1 Solares Potenzial87
7.2 Wirtschaftlichkeit87
7.3 Nutzung von Synergieeffekten88
7.3.1 Konversionsflächen88
7.3.2 Verkehrswege und Verkehrsbauwerke88
7.3.3 Verschattungsanlagen90
8 Handlungsfelder im mittelbaren und unmittelbaren Bezug zur Stadtplanung92
8.1 Kommunales Engagement92
8.1.1 Solardachkataster für öffentliche Flächen92
8.1.2 Klimaschutz auf Landesebene93
8.1.3 Leasing von Photovoltaikanlagen94
8.1.4 Öffentlichkeitsarbeit94
8.1.5 Verantwortung von Stadtwerken94
8.2 Zivilgesellschaftliche Initiativen96
8.3 Wohnungs- und Immobilienunternehmen98
8.4 Investoren und Solarwirtschaft100
9 Konkretisierung solarer Potenziale am Beispiel der Stadt Norderstedt102
9.1 Methodik und Rahmenbedingungen103
9.2 Potenziale exemplarischer Gebäudetypologien105
10 Handlungsempfehlungen undEntwicklungschancen116
11 Zusammenfassung und Ausblick118
12 Verzeichnisse120
12.1 Abkürzungsverzeichnis120
12.2 Literatur- und Linkverzeichnis120
13 Anhang142

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