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Deckung des Energiebedarfs mit Hilfe von Photovoltaik?

Lernziele

Die Schüler_innen können ...

... eine Photovoltaik-Anlage für das Objekt Landeskindergarten Hollabrunn Robert Löfflerstraße planen, typische naturwissenschaftliche Arbeitsmethoden anwenden und entsprechende Ergebnisse erhalten. (BHS, B4)

... die förderliche Anwendung von Photovoltaik für sich sowie für die Gesellschaft (Wirtschaft, Umwelt und Technik) erkennen und diese beschreiben. (BHS, C4)

... naturwissenschaftliche Inhalte präsentieren sowie persönliche Standpunkte darlegen und begründen. (BHS, C5)

I) Einleitung

In diesem Abschnitt wird die Möglichkeit der (teilweise) Deckung des Energiebedarfs des Kindergartens behandelt. Die Analyse des Lastprofils des Kindergartens wird herangezogen, um den jährlichen Energiebedarf zu ermittelt. Anschließend wird eine mögliche Photovoltaik(PV)-Anlage für den Kindergarten geplant, wobei die Dimensionierung sowie die Eckdaten einer passenden Anlage ermittelt werden. Die Ergebnisse einer Ertragsprognose geplante PV-Anlage für den Kindergarten sollen anschließend interpretiert werden, wobei potentieller Energieertrag jährlicher Energiebedarf gegenüber gestellt werden sollen.

Teilaufgabe 1

(Einzel- oder Paararbeit)

Der Energiebedarf des Kindergartens

Um herauszufinden, ob eine PV-Anlage für den Landeskindergarten Hollabrunn Robert Löfflerstraße sinnvoll ist und damit der Energiebedarf vollständig oder teilweise gedeckt werden kann, muss zunächst der jährliche Energiebedarf des Kindergartens ermittelt werden. Auf Basis von Leistungsmessungen haben Schüler_innen der HTL den Energiebedarf des Kindergartens für jeden Monat im Jahr 2015 bestimmt und im folgenden Lastprofil grafisch dargestellt (Abbildung 1).

lastprofil

Abb. 1: Lastprofil des Kindergartens im Jahr 2015

  • Beschreibe den Verlauf des Energiebedarfs über das gesamte Jahr.
  • Welche Ursachen könnten den Schwankungen im Energiebedarf zugrunde liegen?
  • Wie hoch ist der jährliche Energiebedarf des Kindergartens?

Teilaufgabe 2

(Kleingruppenarbeit)

Planung einer PV-Anlage für den Kindergarten

Plant gemeinsam in einer Kleingruppe eine mögliche PV-Anlage für den Kindergarten.

Beantwortet dazu die folgenden Leitfragen:

  • Welcher Anlagentyp (netzgekoppelte Anlage, Inselanlage, …) ist aufgrund der spezifischen Nutzung des Gebäudes am sinnvollsten?
  • Welche Komponenten werden dafür benötigt?
  • Welche Informationen braucht ihr über das Gebäude, damit ihr eure Planung durchführen könnt?

Die Module für die geplante PV-Anlage sollen am Dach des Kindergartengebäudes befestigt werden. Schätzt mit Hilfe des Lageplans im Infoblatt für den Kindergarten ab, wieviel Dachfläche euch für die Befestigung der Solarmodule theoretisch zur Verfügung steht. Seht euch anschließend die folgende 3D-Visualisierung des Kindergartens an (Abbildung 2).

3d modell

Abb. 2: 3D-Ansicht des Kindergartens und verfügbare Dachfläche

  • Welche Anteile der Dachfläche kommen für die Nutzung (nicht) infrage?
  • Welche Faktoren müssen bei der Befestigung / Aufstellung der Solarmodule am Dach berücksichtigt werden?
  • Skizziert die Position der möglichen Module und bestimmt die Verschaltung der Module sowie den Einbau von Wechselrichtern.

Teilaufgabe 3

(Einzel- oder Paararbeit)

Analyse einer Ertragsprognose

Die folgende Grafik zeigt eine Ertragsprognose einer geplanten PV-Anlage auf dem Dach des Kindergartens, die von den Schüler_innen der HTL Hollabrunn erstellt wurde.

  • Beschreibe den Verlauf des Energieertrags durch die PV-Anlage von Januar bis Dezember. In welchen Monaten ist der Energieertrag der PV-Anlage am höchsten / geringsten?
  • Wie viele kWh an elektrischer Energie liefert die PV-Anlage in einem Jahr?
  • Wieviel Prozent davon werden für den Eigenverbrauch genutzt, wieviel Prozent werden ins Netz eingespeist?
    Berechne daraus den Eigenverbrauchsanteil.
  • Wie hoch ist der solare Deckungsanteil, also der Anteil des Energiebedarfs, der mit Hilfe des Ertrags der PV-Anlage gedeckt werden kann?
  • Wie könnte der solare Deckungsanteil erhöht werden?
    Welche Maßnahmen müssten dazu getroffen werden?

ertragsprognose

Abb.7: Ertragsprognose für die von den Schüler_innen der HTL Hollabrunn geplante PV-Anlage

Teilaufgabe 4

(Paararbeit)

Wirtschaftlichkeit der geplanten PV-Anlage

Führt eine Wirtschaftlichkeitsanalyse der geplanten Anlage durch und erstellt eine Cashflow-Tabelle, in der die Ausgaben und Einnahmen pro Jahr eintragt, und bestimmt den kumulierten Cashflow für jedes Jahr.

Ihr könnt euch dabei an den folgenden Eckdaten orientieren:

Betrachtungszeitraum

20

Jahre

Einmalzahlungen für die Anlage

38 160

Jährliche Betriebskosten

200

€/Jahr

Einspeisevergütung

1 125,67

€/Jahr

Eigenverbrauchsersparnisse

1 378

€/Jahr

 

Erstellt auf Basis eurer Tabelle ein Säulendiagramm, indem ihr die Ausgaben bzw. Einnahmen pro Jahr für den Betrachtungszeitraum von 20 Jahren darstellt. Wie hoch ist die Amortisationsdauer der geplanten Anlage?

Teilaufgabe 5

(Kleingruppenarbeit)

Sinnhaftigkeit einer PV-Anlage für den Kindergarten

Diskutiert in Kleingruppen anhand eurer Planungen und gesammelten Informationen die Sinnhaftigkeit einer PV-Anlage für den Kindergarten.

Orientiert euch dabei an den drei Dimensionen der Nachhaltigkeit:

  • Ökonomisches:
    Wie kann die Anlage finanziert werden?
    Rentiert sich die Anlage im Hinblick auf ihren finanziellen Aufwand auf Dauer?

  • Ökologisches:
    Ist der solare Deckungsanteil zufriedenstellend?
    Wie könnte er erhöht werden?
    Worin liegen die Vorteile der Anlage in Bezug auf die Umwelt?

  • Soziales:
    Inwiefern bringt der Einsatz erneuerbarer Energie Verbesserungen für die beteiligen Personen?
    Welchen erzieherischen, werbetechnischen, … Zwecken dient der Einsatz erneuerbarer Energien?
    Wodurch wird zusätzlicher Aufwand für die Mitarbeiter_innen und die Kindergartenleitung verursacht?


Versucht, gemeinsam zu entscheiden, ob die PV-Anlage tatsächlich gebaut werden soll oder nicht.

Wenn möglich, vergleicht eure Ergebnisse mit anderen Kleingruppen und öffnet die Diskussion für die gesamte Klasse.