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Technische Lösungen für den Einsatz erneuerbarer Energien – Beratung und Konzepte
Gerne stehe ich Ihnen für alle Fragen rund um die Energieberatung, -planung sowie -projektierung zur Verfügung. Vornehmlich für Neu- und Altbauten, die sich im Um-, Anbau oder in der Sanierung befinden.
Die Beratung zielt überwiegend auf Privatkunden im Ein- und Zweifamilienhaussektor ab und soll in erster Linie zu einer Optimierung der Energieeffizienz des Gebäudes beitragen.
Außerdem berate ich als Baubiologe in Fragen gesunden, umweltschonenden und wirtschaftlichen Bauens, Wohnens, Arbeitens und Lebens.
Auch der Vertrieb/Handel von Produkten im Umwelt- und Energiebereich (Umwelttechnik) sowie Technisches Gebäudemanagement gehört zu meinen Dienstleistungen.
Starten Sie mit KeepGreen ins Zeitalter der Erneuerbaren für eine klimaschonende und nachhaltige Zukunft! Möchten auch Sie beispielsweise mit der Sonne Wärme einsparen oder sogar Ihren eigenen Strom produzieren und speichern? Gerne berate ich Sie unverbindlich vor Ort.
MARCO HACKENBRUCH (Kurzportrait)
Im Jahr 2003 habe ich mich als diplomierter Naturwissenschaftler und gelernter Haustechniker (Gas- und Wasserinstallateur) im Bereich solarer Haus- und Wärmetechnik selbständig gemacht. Zu meinen Schwerpunkten zählte neben der Planung und Installation auch die Inbetriebnahme sowie Bauüberwachung von Photovoltaik- und solarthermischen Anlagen. Des Weiteren entwickelte ich Ausschreibungsplanungen und Konzepte für energiesparende, baubiologische Maßnahmen.
Seit 2015 habe ich mein Tätigkeitsfeld erweitert und die Firma „KeepGreen – Grüne Energiekonzepte“ gegründet. Ich arbeite konstruktiv mit renommierten Planungsbüros sowie Fachfirmen des Handwerks (Heizungsbau, Elektroinstallation, Dachdeckgewerbe, etc.) aus dem Bereich der Erneuerbaren Energien zusammen. KeepGreen bietet für jeden Kunden eine maßgeschneiderte Lösung an. Durch herstellerunabhängige Beratung, einer optimalen Ertragsberechnung und Betriebsführung brauchen Sie sich um nichts zu kümmern – bei KeepGreen kommt alles aus einer Hand!
Marco Hackenbruch
Foto: Daniel Schwen (Wikimedia Commons)
Unter dem Begriff „Bioenergie“ versteht man die energetische Nutzung von Biomasse, der unterschiedlichste Rohstoffe, Technikpfade und Anwendungsbereiche umfasst. So kann Bioenergie beispielsweise aus folgenden „Rohstoffen“ gewonnen werden, die aus der Region oder über globale Handelsströme herkommen:
- Holz aus der Forstwirtschaft
- schnellwachsende Gehölze („Kurzumtriebsplantagen“)
- eigens landwirtschaftlich angebauten Pflanzen (z.B. Mais, Weizen, Raps, Sonnenblumen)
- biogene Abfall- und Reststoffe aus der Land- und Forstwirtschaft, Haushalten, Industrie
Biomasse wird in unterschiedlichen Aggregatzuständen zur Strom- und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Biokraftstoffen genutzt:
Fest: z.B. Scheitholz, Holzhackschnitzel und -pellets
Flüssig: z.B. Pflanzenöl, Biokraftstoff (Bioethanol, Biodiesel)
Gasförmig: z.B. Biogas, Biomethan
Etwa 60% der gesamten Endenergie aus erneuerbaren Energiequellen wurde 2014 durch die verschiedenen energetisch genutzten Biomassen bereitgestellt. Hierbei stellt die Bioenergie im Wärmesektor fast 90%, im Bereich Strom ca. 30% und beim Verkehr glatt 100%. Im Jahr 2014 konnten somit durch die Nutzung von Biomasse rund 65 Mio. t Treibhausgas-Emissionen vermieden werden.
Bioenergie kann aufgrund seiner vielfältigen Rohstoffe und damit einhergehenden Umwandlungstechniken in allen energierelevanten Sektoren eingesetzt werden:
- als Treibstoff im Verkehr (für Benzin-, Diesel-, Gas- und Elektrofahrzeuge)
- zur Erzeugung von Heizwärme in Haushalten
- zur Produktion und möglicher Kopplung von Prozesswärme und Strom in der Industrie
Traditionell spielt Holz bei der Wärmeversorgung aus Erneuerbaren Energien in Deutschland die wichtigste Rolle. Insbesondere in Ein- oder Zweifamilienhäusern kommen Stückholz-, Hackschnitzel- oder Holzpelletfeuerungen zum Einsatz. Hierbei finden diese sogenannten „Kleinfeuerungsanlagen“ im Leistungsbereich zwischen 15 Kilowatt (kW) bis 1 Megawatt (MW) Verwendung.
Aber auch Siedlungen und Stadtteile können über ein Nahwärmenetz wirksam mit Heizkraftwerken versorgt werden, die mit Holzhackschnitzeln, Pflanzenöl oder Biogas betrieben werden. Hierbei macht man sich auch das Prinzip der „Kraft-Wärme-Kopplung“ zunutze, bei dem „nebenbei“ auch noch Strom erzeugt werden kann.
Foto: Penny Mathews (Freepik)
Schon seit Jahrhunderten wird Wasserkraft genutzt. So wurde früher die Energie des Wassers direkt mechanisch genutzt, um damit beispielsweise Mühlen, Säge- und Hammerwerke anzutreiben. Über ein Turbinenrad wird die Strömungsenergie des Wassers in mechanische Rotationsenergie umgewandelt, die zum Antrieb von Maschinen oder Generatoren genutzt werden kann.
Heute wird die gewonnene Energie überwiegend mit Generatoren in Strom umgewandelt, bei dem hohe elektrische Wirkungsgrade von über 90 Prozent erreicht werden. Je größer die Menge des fließenden Wassers und die Höhendifferenz ist, desto mehr Strom kann erzeugt werden.
Wasserkraftwerke werden zum einen nach Ihrer Leistungsgröße in Klein- und Großanlagen und zum anderen nach Ihren technischen Eigenschaften in Lauf-, sowie Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke definiert.
Laufwasserkraftwerke nutzen die natürliche Strömung von Flüssen und Bächen. Um die potenziell nutzbare Energie zu erhöhen, findet meist auch eine Aufstauung durch ein Wehr statt.
Speicherkraftwerke nutzen das hohe Gefälle und die Speicherkapazität von Talsperren und Bergseen zur Stromerzeugung. Pumpspeicherkraftwerke sind eine Sonderform der Speicherkraftwerke, die das Wasser in ein höher gelegenes Speicherbecken pumpen.
Bei den Turbinenrädern kommen je nach Volumenstrom und Fallhöhe unterschiedliche Typen zum Einsatz, wie beispielsweise Francis-, Kaplan- oder Pelton-Turbinen.
Eine noch relativ junge Entwicklung ist dagegen die Energiegewinnung aus dem Meer, bei dem die Strömungen auf unterschiedliche Weise genutzt werden können. So gibt es beispielsweise Meeresströmungs-, Gezeiten- und Wellenkraftwerke.
Foto: CarstenE (Wikimedia Commons)
Wind bringt die Menschen seit Jahrhunderten voran. Verhalf er früher, Ozeane zu überqueren, Korn zu mahlen und Flächen zu entwässern, so ist er heute eine tragende Säule der Energiewende zu einem Umstieg auf eine umwelt- und klimaschonende Stromversorgung. Die Windenergie hat sich in den vergangenen Jahren rasant entwickelt. Heute leistet sie einen bedeutenden Beitrag zu einer nachhaltigen Wertschöpfung und schafft zukunftsfähige Arbeitsplätze in Deutschland.
Wind ist als Energieträger kostenlos und unbegrenzt verfügbar. Durch unterschiedliche Luftdruckverhältnisse in der Nähe der Erdoberfläche entsteht Bewegungsenergie, die von einer Windenergieanlage (WEA) genutzt wird. Hierbei wandelt der Rotor der Anlage die Bewegungsenergie des Windes zunächst in mechanische Rotationsenergie um. Ein Generator formt diese anschließend in elektrische Energie um.
Moderne WEAs setzen dem Wind keinen Widerstand entgegen, sondern der Wind erzeugt beim Vorbeiströmen an den Flügeln der Anlage einen Auftrieb, der die Flügel in Rotation versetzt (Auftriebsprinzip). Wird im Ausland die Windenergie auch zum Antrieb von Pumpen eingesetzt, so dienen WEAs in Deutschland heute ausschließlich der netzgekoppelten Erzeugung von Elektrizität.
Insbesondere hohe mittlere Windgeschwindigkeiten und die Größe der Rotorfläche sind maßgeblich für einen hohen Stromertrag. Da mit zunehmender Höhe über dem Erdboden der Wind stärker und gleichmäßiger weht, kann die WEA das Windenergieangebot besser ausnutzen je höher die Anlage ist und je länger die Rotorblätter sind.
Windenergieanlagen in Deutschland haben in 2014 rund 56 Mrd. kWh Strom produziert, der rein rechnerisch ca. 16 Mio. Drei-Personen-Haushalte versorgen kann. Die Branche bietet zudem 138.000 Menschen einen zukunftsfähigen Arbeitsplatz. Sie sorgt für einen jährlichen Bruttowertschöpfungseffekt von 14,5 Milliarden Euro und liefert zehn Prozent des insgesamt benötigten Stroms in Deutschland. Die durchschnittliche Leistungsfähigkeit einer WEA hat sich in 20 Jahren etwa verzehnfacht.
Neben dem weiteren Ausbau an geeigneten Landstandorten und dem Ersatz alter, kleinerer Anlagen durch moderne und leistungsstärkere Anlagen („Repowering“), wird auch der schrittweise Ausbau der Windenergie auf See („Offshore-Windenergie“) weiterentwickelt.
Foto: Neville Micallef (Freepik)
Unter den erneuerbaren Energiequellen spielt die Sonne eine entscheidende Rolle: Sie strahlt jährlich eine enorme Energie auf die Erde, die etwa dem 10.000-fachen des Weltprimärenergiebedarfs entspricht. Diese Energiequelle ist die nächsten 5 Milliarden Jahre unerschöpflich, kostenlos und umweltfreundlich. Fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdgas und Erdöl sind dagegen nur begrenzt vorhanden.
In Deutschland wird mit Hilfe der Photovoltaik und der Solarthermie die Solarenergie genutzt. Bei der Photovoltaik (Solarstrom) wandeln Solarzellen die Strahlung der Sonne direkt in elektrische Energie um. Bei der Solarthermie wird das Sonnenlicht mittels Solarkollektoren in Wärme umgewandelt, etwa um Gebäude zu heizen oder Trinkwasser zu erwärmen. In solarthermischen Kraftwerken wird die Strahlungsenergie ohne Umwege zur Strom- oder Wärmeproduktion genutzt.
Photovoltaik
Hauptsächlich mono- und polykristalline Solarzellen kommen bei der Photovoltaik in Deutschland zum Einsatz. Daneben werden aber auch amorphe Zellen (Dünnschicht) auf der Basis von Silizium oder anderen Halbleitermaterialien wie zum Beispiel Galliumarsenid oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid eingesetzt.
Mittels Sonnenlicht werden in der aus einem Halbleitermaterial bestehenden Solarzelle Elektronen in Bewegung versetzt und damit Gleichstrom erzeugt. Dieser Gleichstrom kann direkt zum Betrieb elektrischer Geräte genutzt oder in Batterien gespeichert werden.
Gleichstrom kann auch über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. In Deutschland waren im Jahr 2015 Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von knapp 40 Gigawatt elektrischer Leistung installiert, die rein rechnerisch den Strombedarf von über 7,5 Millionen Drei-Personen-Haushalten decken können. Zu Spitzenzeiten im Sommer kann die Photovoltaik bereits ein Drittel der deutschen Last bereitstellen.
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) regelt die bevorzugte Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen ins Stromnetz und garantiert deren Erzeugern feste Einspeisevergütungen. Diese Vergütungssätze sind differenziert nach kleinen und großen Anlagen sowie nach Dachflächen- und Freiflächenanlagen. Neben der Einspeisung des Solarstroms wird bei steigenden Energiekosten deren Eigennutzung sowie Speicherung in Haushalten und Betrieben immer interessanter. Bereits heute ist Solarstrom besonders kostengünstig: In Deutschland können beispielsweise große Solarkraftwerke Strom für weniger als 9 Cent pro Kilowattstunde liefern.
Solarthermie
In Deutschland wird die Solarthermie sowohl mit Hilfe von Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren als auch mittels Luftkollektoren oder Schwimmbadabsorber genutzt. Luftkollektoren und Schwimmbadabsorber werden vornehmlich zur Erwärmung von Badewasser eingesetzt, Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren dienen der Trinkwassererwärmung und der Unterstützung der Heizungsanlage. Solarwärme kann aber auch zur Erzeugung von Kälte und von Prozesswärme verwendet werden.
Sonnenkollektoren absorbieren solare Strahlung, wandeln sie in Wärme um und leiten sie über einen pumpengesteuerten Wärmekreislauf in einen Wärmespeicher. So steht die gewonnene Wärme für den Warmwasserbedarf und/oder den Heizwärmebedarf bereit. Solange nutzbare Wärme in den Kollektoren zur Verfügung steht, hält der Regler die Pumpe in Betrieb. Im Winter heizt z.B. ein Kessel die fehlende Wärme nach.
Mit einer Kollektorfläche von 4 bis 5 Quadratmetern kann der Warmwasserbedarf in einem Einfamilienhaus bis zu ca. 60 Prozent gedeckt werden. Bei einer Fläche von 8 bis 15 Quadratmetern können Solarkollektoren sogar rund ein Viertel des gesamten Bedarfs an Wärme für Heizung und Warmwasser liefern.
Das Erneuerbare Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) und das Marktanreizprogramm für Erneuerbare Energien (MAP) sind wichtige Instrumente zur Solarwärmeförderung. Nach dem EEWärmeG müssen für die Wärmeversorgung von Neubauten anteilig Erneuerbare Energien eingesetzt werden. Bei Bestandsbauten kann für die Installation einer solarthermischen Anlage ein Investitionszuschuss aus dem Förderprogramm MAP beantragt werden.
Bereits 2 Mio. solarthermische Anlagen sind in Deutschland 2014 in Betrieb, die insgesamt zu einer CO2-Vermeidung von rund 2 Mio. t beitrugen. Im Jahr 2014 wurden bundesweit rund 112.000 neue Solarwärmeanlagen mit einer Gesamtkollektorfläche von 900.000 Quadratmeter neu installiert.