Energie selbst erzeugen (eBook)

Ein Wegweiser durch die rechtlichen und technischen Grundlagen

Berthold Lindner (Herausgeber)

eBook Download: EPUB

2025 | 1. Auflage
146 Seiten
MANZ Verlag Wien
978-3-214-26314-0 (ISBN)

Infos

Steigende fossile Energiepreise auf der einen, boomende alternative Technologien auf der anderen Seite: Es gibt viele Gründe, Energieerzeugung selbst in die Hand zu nehmen! Aber was ist für Ihre persönliche Situation die beste Lösung? In diesem übersichtlichen Ratgeber geben Expert:innen Antwort auf alle technischen und rechtlichen Fragen, die sich im Zusammenhang mit der Erzeugung erneuerbarer Energie in den eigenen vier Wänden stellen:Darf ich als Wohnungseigentümer:in am Dach eine Photovoltaik-Anlage installieren?Soll ich beim Hausbau eine Photovoltaik-Anlage oder lieber ein Kleinwindrad installieren, oder beides?Ergibt ein Stromspeicher für mich Sinn?Kann ich auch als Mieter:in erneuerbare Energie erzeugen?Wie komme ich an eine Förderung?Außerdem enthalten:zahlreiche Infoboxenhilfreiche Infos zu Behörden und Förderstellennützliche Vertragsmuster und -klauselnDieser Ratgeber hilft Ihnen dabei, die beste Entscheidung für Ihre persönliche Situation zu treffen und Energie optimal selbst zu erzeugen!Mit einem Vorwort von ORF-Meteorologe Marcus Wadsak.

Dr. Berthold Lindner ist Anwalt mit Schwerpunkt Umwelt- und Nachhaltigkeitsrecht, trägt in diesem Bereich regelmäßig vor und verfasst einschlägige Publikationen. Daneben ist Lindner als Lektor an der FH der WKO Wien tätig.

Textauszug

Technische Hintergründe

Helmut Sprongl

I. Photovoltaik (PV): Grundlagen, Technologien und Systemkomponenten

A. Historische Entwicklung

Die Energie der Sonne ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Auch die technische Nutzung der Energie der Sonnenstrahlen ist seit Jahrhunderten bekannt. Bereits der griechische Mathematiker Archimedes soll im 3. Jahrhundert v. Chr. mit Hilfe von Spiegeln, die das Licht der Sonne fokussierten, Schiffe der Römer entzündet haben.

Weniger prominent, historisch dafür aber belegt ist der von Georges-Louis Leclerc in seinen Experimenten verwendete variable Fokusspiegel zur Bündelung der Sonnenenergie auf einen bestimmten Punkt. Mit diesem Spiegel konnte der Forscher die Sonnenstrahlen so stark auf einen Punkt konzentrieren, dass er aus großer Entfernung Holz entzünden und sogar Bleiplatten zum Schmelzen bringen konnte. Er bewies damit die Existenz der Sonnenenergie und schuf so die Grundlage für alle weiteren Überlegungen, diese Energie zu nutzen.

Grundlage der eigentlichen Photovoltaik ist der sogenannte photoelektrische Effekt, der die Wechselwirkung von Photonen (Lichtteilchen) mit Materie bezeichnet. Der erste (sogenannte innere) photoelektrische Effekt wurde bereits 1839 vom französischem Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt – dies wird gemeinhin als Geburtsstunde der Photovoltaik angesehen. Es handelt sich dabei um ein Phänomen, bei dem Licht Elektronen aus bestimmten Materialien herauslöst. Unter anderem auf Grundlage dieser Forschungen wurde Albert Einstein mit seiner 1905 erschienen Arbeit zur Lichtquantentheorie im Jahr 1921 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Fun fact

Albert Einstein erhielt seinen Nobelpreis nicht für die Relativitätstheorie, sondern für seine Arbeit zur Lichtquantentheorie!

Die ersten Solarzellen aus Silizium wurden 1954 produziert und erstmals 1975 bei der Stromversorgung von Telefonverstärkern eingesetzt.

Der erste nennenswerte größere Einsatz von Solarzellen erfolgte in der Weltraumtechnologie. Solarzellen wurden (und werden bis heute) für die Stromversorgung von Satelliten verwendet.

Langsam wurden weitere kleinere Anwendungen (etwa in Taschenrechnern) entwickelt, bis Solarenergie schließlich auch großflächig in Solarkraftwerken genutzt wurde.

B. Physikalische Grundlagen

Die elektrische Energie in Solarzellen entsteht durch Umwandlung von Sonnenstrahlen (Photonen). Fällt Licht auf ein Halbleitermaterial, wie etwa Silizium, werden in diesem Material Elektronen in einen angeregten Zustand versetzt, wodurch es zu einem elektrischen Stromfluss kommt. Wie viel Energie dabei entsteht, hängt von zahlreichen Faktoren ab, die letztlich die Effizienz dieser Umwandlung bestimmen. Entscheidend sind dabei insbesondere die Temperatur und das Material, aus dem die Solarzellen zusammengesetzt sind.

Abb. 1: Strahlung der Sonne auf die Erde (Quelle: Lindner Stimmler Rechtsanwälte)

Die Transformation zu elektrischer Energie erfolgt durch den sogenannten Photoeffekt. Darunter versteht man ein physikalisches Phänomen, bei dem Elektronen durch die Einwirkung von Licht (Photonen) aus dem Material selbst herausgelöst werden. Photonen (Lichtteilchen) treffen auf die Oberfläche des Materials und lösen dadurch die Elektronen aus ihren Bindungen heraus. Dieser Vorgang ist die Grundlage des Stromflusses.

Photovoltaikmodule (kurz: PV-Module), auch Solarzellen genannt, verwandeln dabei Licht (die Energie der Sonne) in elektrische Energie (Strom). Solarzellen können sowohl bei diffusem Tageslicht (etwa bei Wolken) als auch bei direkter Sonneneinstrahlung Energie erzeugen. Die jeweils erzeugte Spannung ist von der Lichtfarbe sowie von der Beleuchtungsstärke in Kombination zum Strom abhängig.

Abb. 2: Weg der Solarstrahlung (Quelle: Lindner Stimmler Rechtsanwälte)

Obwohl die Sonneneinstrahlung auf die Erde gleichmäßig ist, ist die am Boden aufkommende Energie volatil. Diese hängt einerseits vom jeweiligen Sonnenstand, aber auch von Wolken, Nebel und ähnlichem ab.

Für die Nutzung von Sonnenenergie ist jedenfalls die Einstrahlung von Sonnenlicht erforderlich. Durch die Volatilität der Einstrahlung ist die in PV-Modulen erzeugte Energie unterschiedlich hoch.

Abb. 3: Möglicher Energieertrag an einem Sonnentag (Quelle: Helmut Sprongl)

Die Sonnenenergie steigt vom Morgen bis zur Mittagszeit stetig an. Um die Mittagszeit wird die meiste Sonnenenergie geliefert, bevor sie dann zum Abend hin bis zum Sonnenuntergang immer weiter absinkt.

Um ein Maximum an Sonnenenergie nutzen zu können, sollte daher während der Mittagszeit die meiste (selbst erzeugte) elektrische Energie verbraucht werden. Gerade die großen Stromverbraucher wie Waschmaschine, Warmwasseraufbereitung etc. sollten um diese Uhrzeit in Betrieb sein. Wenn möglich, ist dies auch die Zeit, in der Elektrofahrzeuge aufgeladen werden sollten.

Sind die Verbraucher zur Mittagszeit nicht in Betrieb, so kann die Speicherung von elektrischer Energie in einer Batterie die Nutzung am Abend oder sogar in der Nacht ermöglichen. Auch durch die Verwendung von Fahrzeugen mit Wechselbatterien können Batterien untertags mit der Energie der Sonne über die eigene Photovoltaikanlage (kurz: PV-Anlage) geladen werden, um die Energie dann am Abend zu nutzen.

C. Technische Innovationen und Effizienzsteigerung

Im Bereich der erneuerbaren Energieerzeugung findet eine rasante technologische Entwicklung statt. Die Effizienz von Solarzellen wird laufend verbessert, daneben werden aber auch neue Technologien entwickelt:

• Bifaziale Module (beidseitig PV-aktive Solarmodule): Diese Module ermöglichen bei gleicher Fläche einen höheren Ertrag. Üblicherweise wird bei PV-Modulen nur jenes Sonnenlicht genutzt, das auf der Vorderseite eintrifft. Bifaziale Module wandeln auch diffuse Einstrahlung auf die Rückseite in Strom um.
• Perowskit-Solarzellen: Diese Solarzellen zeichnen sich durch einen besonders hohen Wirkungsgrad aus, der unverändert Potenzial zur weiteren Steigerung zeigt. Es handelt sich hierbei um Solarzellen, die nicht aus Silizium, sondern dem Mineral Perowskit hergestellt werden. Die Entwicklung dieser Solarzellen ist vielversprechend, jedoch sind diese aufgrund des derzeitigen Entwicklungsstandes noch nicht für den Einsatz im privaten Bereich geeignet.
• Organische Solarzellen: Diese Solarzellen werden aus Kohlenwasserstoff-Verbindungen hergestellt. Sie zeichnen sich insbesondere durch hohe Flexibilität aus und können daher auf vielfältige Weise zum Einsatz gelangen.

Darüber hinaus wird auch an der Integration von Solarzellen in die Gebäudestruktur geforscht (dazu gleich mehr). Diese Solarzellen können als gestalterische Elemente, die auch eine Funktionalität aufweisen, in moderne Gebäude integriert werden.

Intelligente Steuerungssysteme ermöglichen zudem die dynamische Anpassung von PV-Anlagen an den Wechsel der Bedingungen, wodurch ein optimaler Energieertrag erzielt werden soll.

D. Integration von PV in Architektur und Smart Cities

Der „PowerTower“ in Linz ist ein hervorragendes Beispiel, wie die Integration von PV-Anlagen in moderne Architektur gelingen kann. Die Verbindung von Photovoltaik und Architektur liegt auf der Hand: Ansonsten ungenutzte Flächen können für die Energieerzeugung herangezogen werden. Sowohl Dächer als auch Fassaden – und künftig wohl auch Fenster – kommen als Träger für Solarmodule in Betracht, ohne dass dafür zusätzlicher Raum in Anspruch genommen werden muss. Durch die moderne Gestaltung von Modulen können diese weitgehend unsichtbar in die Architektur integriert werden bzw. sind sogar bewusste gestalterische Akzente möglich.

Abb. 4: PowerTower in Linz mit Zubau (Quelle: Energie AG/Mark Sengstbratl)

Eine Energieerzeugung am Objekt selbst erhöht die Möglichkeiten der dezentralen Energieversorgung und senkt die von Gebäuden ausgehende CO2-Belastung durch den eigenen Energieverbrauch. Da die Energie direkt vor Ort verbraucht wird, sind auch allfällige Netzverluste minimiert.

II. Kleinwindkraft auf Dächern

A. Historische Entwicklung der Windkraft

Der Mensch macht sich die Kraft des Windes seit Jahrtausenden zunutze. Die großen Erfolge der Seefahrt wären ohne Windkraft undenkbar. Windmühlen sind sowohl aus der Literatur („Don Quijote“) als auch von Urlauben in Holland oder auf Kreta wohlbekannt.

Pionier der Nutzung von Windkraft zur Stromerzeugung war James Blyth, dem nach heutigem Wissensstand erstmals Elektrizitätserzeugung aus Wind gelang. Blyth konstruierte hierfür eine Windkraftanlage, die zur Versorgung seines Ferienhauses diente. Einer kommerziellen Verwertung seiner Erfindung stand Ende des 19. Jahrhunderts jedoch die Ablehnung der Elektrizität als „Teufelswerk“ entgegen.

Den nächsten Meilenstein...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 13.10.2025
• Reihe/Serie: Manz Sachbuch
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Sachbuch/Ratgeber ► Beruf / Finanzen / Recht / Wirtschaft
• Schlagworte: Anzeigepflicht • Energieerzeugung • Energieträger • Genehmigungspflicht • Kleinwindkraft • kleinwindrad • Photovoltaik • Photovoltaikanlage • Stromspeicher
• ISBN-10: 3-214-26314-5 / 3214263145
• ISBN-13: 978-3-214-26314-0 / 9783214263140