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

Potenziale, Priorisierungen, Instrumente und Methoden

Samuel Hufnagel (Autor)

eBook Download: PDF | EPUB

2010 | 1. Auflage
149 Seiten
Diplomica Verlag GmbH
978-3-8428-1628-2 (ISBN)

Infos

"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."

Autor

Samuel Hufnagel, geboren 1976 in der Niederlausitz, Studium der Stadtplanung in Cottbus und Hamburg. 2009 Diplomarbeit zu Potenzialen der Photovoltaik. Beschäftigung mit erneuerbaren Energien und Ressourcen-Effizienz. Berufstätigkeit in der Bau- und Immobilienwirtschaft.

Inhalt

Inhaltsverzeichnis 5
1 Einleitung 8
2 Energieversorgung 12
2.1 Globale Energiesicherheit 12
2.2 Nationale Energiesituation 14
2.3 Erneuerbare Energien in Deutschland und in der EU 18
2.4 Solarenergie 20
3 Grundlagen der Photovoltaik 24
3.1 Technik und Investitionskosten 24
3.1.1 Zelltypen 25
3.1.2 Lichteinstrahlung 25
3.1.3 Ökologische Nachhaltigkeit 27
3.1.4 Kosten und Rendite 27
3.2 Einsatzgebiete und Referenzflächen 29
3.2.1 Dachflächen 32
3.2.2 Fassaden 37
3.2.3 Freiflächen 39
3.2.4 Weitere Einsatzmöglichkeiten 42
3.3 Technisches Potenzial 43
3.4 Interaktionen im System der Stromversorgung 45
3.4.1 Dezentralität 45
3.4.2 Versorgungssicherheit 46
3.4.3 Stromgestehungskosten 47
3.4.4 Regelenergie 49
3.4.5 Netzparität von Solarstrom 50
3.4.6 Intelligente Energieinfrastrukturen 52
3.5 Rentabilität und volkswirtschaftliche Effekte 54
4 Photovoltaik und Solarthermie im Vergleich 56
5 Rechtliche Rahmenbedingungen für die Photovoltaik 60
5.1 Klimaschutzgesetze auf Länderebene 60
5.2 Erneuerbare-Energien-Gesetz 61
5.2.1 Diskussion um die Kosten des EEG 62
5.2.2 Dynamische Komponente des EEG 63
5.2.3 Eigenverbrauch von Solarstrom 64
5.2.4 Ende der EEG-Vergütung 65
5.3 Raumordnung 66
5.4 Landesbauordnungen 66
5.5 Bauleitplanung 67
5.5.1 Flächennutzungspläne 68
5.5.2 Bebauungspläne 68
5.6 Städtebauliche und privatrechtliche Verträge 70
5.7 Kommunale Satzungen 71
6 Methoden und Instrumente zur Bestimmung von Potenzialflächen für die Solarenergie 72
6.1 Einfache und schnelle Bestimmungsmethode 72
6.2 Computergestütze solare Planung und Optimierung 73
6.3 Solare Rahmenpläne und Stadtraumtypen 73
6.4 Laserscannung von Geländeoberflächen 78
6.5 Zusammenfassung Methoden und Instrumente 81
6.5.1 Stadtraumtypen 81
6.5.2 Laserscannung von Geländeoberflächen 82
7 Priorisierung von Einsatzgebieten 86
7.1 Solares Potenzial 87
7.2 Wirtschaftlichkeit 87
7.3 Nutzung von Synergieeffekten 88
7.3.1 Konversionsflächen 88
7.3.2 Verkehrswege und Verkehrsbauwerke 88
7.3.3 Verschattungsanlagen 90
8 Handlungsfelder im mittelbaren und unmittelbaren Bezug zur Stadtplanung 92
8.1 Kommunales Engagement 92
8.1.1 Solardachkataster für öffentliche Flächen 92
8.1.2 Klimaschutz auf Landesebene 93
8.1.3 Leasing von Photovoltaikanlagen 94
8.1.4 Öffentlichkeitsarbeit 94
8.1.5 Verantwortung von Stadtwerken 94
8.2 Zivilgesellschaftliche Initiativen 96
8.3 Wohnungs- und Immobilienunternehmen 98
8.4 Investoren und Solarwirtschaft 100
9 Konkretisierung solarer Potenziale am Beispiel der Stadt Norderstedt 102
9.1 Methodik und Rahmenbedingungen 103
9.2 Potenziale exemplarischer Gebäudetypologien 105
10 Handlungsempfehlungen undEntwicklungschancen 116
11 Zusammenfassung und Ausblick 118
12 Verzeichnisse 120
12.1 Abkürzungsverzeichnis 120
12.2 Literatur- und Linkverzeichnis 120
13 Anhang 142

Textauszug

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.

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 1.1.2010
• Zusatzinfo: 40 Abb.
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Geowissenschaften ► Geografie / Kartografie
• Themenwelt: Sozialwissenschaften ► Politik / Verwaltung
• Themenwelt: Technik
• Schlagworte: Erneuerbare Energien • Klimawandel • Photovoltaik • Planung • Solarenergie • Stadt • Stadtplanung
• ISBN-10: 3-8428-1628-6 / 3842816286
• ISBN-13: 978-3-8428-1628-2 / 9783842816282