Frage zur Fläche

[Bunz]

Hallo Manfred,
an Dich als Physiker habe ich eine Frage:
Zur Stromerzeugung haben wir ja unter anderem die flächig aufgestellten Solarmodule und Biogasanlagen.
Meine Frage ist nun, wie man günstigerweise Strom von einer bestimmten Fläche "ernten" kann?
Sind es also die fest installierten Module, oder die auf gleicher Fläche angebauten Pflanzen, die dann sozusagen "verstromt" werden?
Danke Dir für die Antwort.
lg
Bunz

[Specki]

Guten Morgen Bunz,

ich bin zwar weder Manfred, noch Physiker, sondern Specki und Ingenieur, aber ich wage mich trotzdem mal an eine Antwort

Mit Photovoltaik Modulen kannst du auf der selben Fläche definitiv mehr Strom erzeugen.
Kurzer Erklärungsversuch: Hier wird die Sonnenenergie relativ direkt in Strom umgesetzt. Ich glaube heutige Photovoltaikanlagen haben einen Wirkungsgrad von an die 20%. D.h. Bis zu 20% der Sonneneinstrahlung kann direkt in Strom umgesetzt werden. Bei einer Biogasanlage schaut es deutlich anderst aus. Hier müssen erstmal die Pflanzen über die Sonneneinstrahlung wachsen. Also wird die über Photosynthese mit der Sonneneinstrahlung Pflanzenbiomasse aufgebaut. Diese muss dann geerntet werden und in der Biogasanlage vergoren werden. Das dabei entstehende Gas kann dann in einem BHKW verbrannt wird, und dadurch Strom erzeugt wird. Hier hat jeder Prozess einen bestimmten Wirkungsgrad. Die Summe dieser Wirkungsgrade ist deutlich niedriger als der einer Photovoltaikanlage. Deswegen kann mit der Photovoltaikanlage auf der selben Fläche mehr Strom erzeugt werden wie mit einer Biogasanlage.

Bei den ganzen Prozessen ist natürlich die Herstellung der benötigten Komponenten jetzt mal nicht mit betrachtet.

Hoffe ich habe hier jetzt auf die Schnelle keinen Fehler rein gebracht und es hilft dir weiter.

Übrigens haben beide Varianten einen gemeinsamen Vorteil aber auch jede seine Nachteile.
Vorteil: Regenerative Energieerzeugung, es werden keine fossilen Energieträger verbraten.
Nachteil Photovoltaik: Energieaufwändige Herstellung der Module und Entsorgungsproblem dieser
Nachteil Biogas: Es wird sehr viel Nutzfläche benötigt, auf der man Lebensmittel anbauen könnte.

Gruß
Specki

[Manfred]

Da kann man sich fast willkürlich was zusammenrechnen.

Auf 1 ha kann man ja nach Lage und Aufständerung ca. 550 kW peak installieren.
Das bringt dann ca. 550.000 kwh Strom im Jahr, je nach Lage. Beispiel hier Passau, weil dort die Bedingungen für Mais wie für Solar gut sind.
Der Silomaisertrag sei mit hohen 60 t / ha angenommen.
Daraus entstehen ca. 12.000 m3 Biogas mit gut 50% Metangehalt. Dieses Gas würde ich über den Daumen mit einem Heizwert von 5,3 kWh pro m3, also 63.600 kWh gesamt.
Bei 40 % Wirkungsgrad in der Verstromung ergäbe das 25.400 kWh Strom und 38.200 kWh Wärme von einem Top-Maisstandort.

Die Solaranlage liefert also fast den 9-fachen Energie bzw. gut 20-fachen Strom-Rohertrag pro ha.

Die Frage ist dann, wie viel Energie man jeweils rein stecken muss, um diesen Ertrag zu erhalten, also wie hoch der Reinertrag ist.
Das ist hochspekulativ, weil sich die Daten je nach Anlage und Bewirschaftung massiv unterscheiden.

Bei kristallinen Solaranlagen ist es nach wie vor so, dass sie erst mal 10 bis 15 Jahren laufen müssen, um nur den Energieaufwand für die Module wieder rein zu holen. Dazu kommt der Aufwand für die Aufständerung, Wechselrichter und Regelung, Zaun, Betriebsgebäude, Zuleitung zum nächsten Stromnetz, Bauarbeiten, Unterhalt (z.B. täglicher Besuch des Wachdienstes).

Bei Biogas fällt der Energieaufwand für die Biogasanlage und die Maschinen an an, sowie für Saatguterzeugung, Dünge- und Pflanzenschutzmittel.

Da kann man leicht mehrere Doktorarbeiten draus machen und wird vermutlich für beide Varianten eine Spanne von: Man steckt mehr Energie rein als man raus holt, bis zu hohen Energiegewinnen finden...

Nur eines lässt sich relativ leicht feststellen: Es ist in dem meisten Fällen unsinnig, das Biogas vor Ort zu verstromen.
Als Treibstoff für Fahrzeuge (wo es 1 zu 1 fossile Brennstoffe ersetzen würde) oder in dezentralen Kraftwärmekopplungsanlagen mit guter Nutzung der Abwärme wäre es viel besser aufgehoben.
Ich denke, darin wird auch die Zukunft der Biogasnutzung liegen: Einspeisung ins Gasnetz und dortige Speicherung, um dann durch dezentrale Stromerzeugung mit Kraft-Wärme-Kopplung die Leistungsspitzen der Solar- und Windkraftanlagen abzufedern.
Dieser große Vorteil des Biogases, die Speicherfähigkeit, wird bisher nur völlig unzureichend genutzt. Dabei macht gerade sie den eigentlichen Wert des Biogases aus.

[Specki]

Bei kristallinen Solaranlagen ist es nach wie vor so, dass sie erst mal 10 bis 15 Jahren laufen müssen, um nur den Energieaufwand für die Module wieder rein zu holen.

Wow, dass die Spanne immer noch so lang ist hätte ich garnicht gedacht.
Da ich mich für das Thema auch interessiere, aber nicht so die große Ahnung davon habe. Hast du zufällig ein paar Internetlinks parat die hier ein bischen mehr Einblick gewähren.
Das meiste was man findet ist Werbung oder Seiten die diese Technik weit in den Himmel loben.
Danke für deine ausführliche Schilderung!

Gruß
Specki

[Theo]

Das meiste was man findet ist Werbung oder Seiten die diese Technik weit in den Himmel loben.

SOLARKRITIK.DE

[luitpold]

dieser schinese möchte bis 2050 90% der elektrizität in china mit solaranlagen erzeugen, zumindest hat er schon einmal gut angefangen...

[Olaf]

Mir ist, das passt nur bedingt zum Topic, aufgefallen, wie diese Solardächer doch das Ortsbild verschandeln.
Wir waren ja im Urlaub, da haben wir, wenn wir uns nicht grad erfolgreich bei irgendwelchen Selbstversorgern aufgenast haben auch mal für ne Nacht ne Ferienwohnung gesucht.
Da waren wir in einem netten, idyllischem Dörfchen bei Celle auf einem genauso idyllischen 3-Seiten-Hof, ein Traum von Ferienwohnung mit Balkon.
Und genau gegenüber ein ebenso hübscher Hof, aber die Südfront des Haupthauses, zur Strasse hin, mit Modulen bepflastert, und wegen Walmdach und Gaube auch noch total unsymetrisch.
Da dachte ich mir so, es ist schon besser, wenn irgendwo solche Solarparks hingestellt werden, das sieht ja grauenhaft aus, das schüttelt nen Hund mitsamst Hütte. Die schreiben einem die Farbe der Fensterrahmen vor, aber sowas wird abgenickt.

[Manfred]

Wirklich aktuelle Zahlen hab ich nicht. Wir haben das vor längerer Zeit mal ausführlich durchgerechnet und dabei feststellen müssen, dass aus interessierten Kreisen der Energieaufwand für die Herstellung der Solarzellen genere Kleingetrickst wird. Da wurde z.B. einfach für den energieaufwändigsten Teil, die Herstellung der Siliziumkristalle, der ganze Energieaufwand einfach weggelassen mit der Argumentation, dass das ja großteils mit Wasserkraft gemacht würde. Kein Wort davon, dass man mit diesem Wasserkraftstrom 1 zu 1 Atom- oder Kohlestrom ersetzen kann und er deshalb genau so zu werten ist, wie jeder andere Energieverbrauch in der Herstellung auch.
Und von dem Teil, Einschmelzen und Reinigen des Siliziums und Ziehen der Kristalle, kommt man bei kristallinen Solarmodulen nicht weg.
Man kann den Wirkungsgrad etwas steigern und die Wafer dünner machen, und die Sägeblätter zum teilen der Wafer dünner machen und man kann die Kristalle größer machen und so etwas Energie sparen. Aber die Größenordnung bleibt.

Vom Energieaufwand in der Herstellung kommt man nur weg, wenn man auf Dünnschichtzellen setzt, die viel, viel weniger des energieaufwändigen Materials benötigen. Diese Zellen haben aber wohl nach wie vor mit der Lebensdauer zu kämpfen.

Die andere Möglichkeit ist, bei gleichem Energieaufwand für die Herstellung die Lebensdauer deutlich zu verlängern. Wenn die Dinger 100 statt 25 Jahre halten würde, wäre die Energierechnung eine ganz andere.

All diese Verbesserungen erfordern aber viele Jahre teurer Forschungsarbeit. Und dazu motiviert man die Industrie am besten, wenn damit viel Geld zu verdeinen ist, also ein wachsender Solartechnikmarkt entsteht.
Der Solarbranche jetzt die Beine wegzuhauen, wo die Hälfte des Weges schon geschafft ist, kann man angesichts der Fortschritte bei der Technik wie den Preisen in den letzten Jahren einfach nur dem massiven Lobbyeinsatz der konventionellen Energieindustrie zuschreiben. Natürlich kosten die Anlagen die ersten 20 Jahre eine Menge Geld. Aber wenn diese 20 Jahre rum sind und sie weiterlaufen, liefern sie unschlagbar billigen Strom. Und das ist es wohl, was den Konzernen und ihren Energiepreisexplosions- und Abkassierphantasien gar nicht in den Kram passt.
An Häuslebauern mit Solarstrom für lau vom Dach und eigem Batteriespeicher für den Billigstrom ist einfach nichts mehr zu verdienen. Oder noch schlimmer: Die verkaufen evtl. sogar Billigstrom an ihre Nachbarn...

[Manfred]

@Olaf: Dächer mit wild um Dachfenster, Erker etc. vertreuten Solarmodulen finde ich auch schrecklich.
Geschlossene Dachflächen mit Solarmodulen können dagegen sogar schön sein. Da wird sich aber mit Weiterentwicklung der Dünnschichttechnik vieles tun.
Mit Dünnschichtsolarzellen bedampfte oder laminierte Dachsteine mit entsprechender Farbgebung z.B. würden das Ortsbild fast nicht mehr stören und könnten auch auf dem beschriebenen Dach gut zum Einsatz kommen.

[Löwenzahn]

Zum Glück ist diese Info falsch, bzw. aus dem letzten Jahrtausend. Energierücklaufzeiten liegen bei heutigen Modulen, je nach Technik und Standort bei 1 - 3 Jahren !

Viele Hersteller produzieren heute schon zu einem großen Anteil mit eigenem Solarstrom die einzelnen Bestandteile - Ausnahme wahrscheinlich die Alu-Industrie.

Evergreen lag zuletzt sogar unter 12 Monaten!

http://www.oeko-energie.de/produkte/sol ... /index.php