Diese Bachelorarbeit setzt sich nun mit verschiedenen Versorgungstechnologien auseinander, die einen Haushalt unter Verwendung von erneuerbaren Energien autarker und damit unabhängiger machen können. Es soll die Fragestellung untersucht werden, wie autark ein durchschnittliches Einfamilienhaus unter Verwendung der vorgestellten
Versorgungstechnologien werden kann. Außerdem soll deren Wirtschaftlichkeit für den Haushalt untersucht werden.
In Kapitel 2 wird zunächst der Begriff „Autarkie“ erläutert. In den folgenden Kapiteln 3 bis 6 sollen verschiedene Versorgungstechnologien in ihrer Funktionsweise, Aufbau, Kosten und politischen Fördermöglichkeiten näher betrachtet werden. Kapitel 3 beschäftigt sich dabei mit der PV-Anlage und Kapitel 4 mit dem Batteriespeicher. Die Kombination von PV-Anlage und Batteriespeicher in einem PV-Batteriespeichersystem wird in Kapitel 5 erläutert. Das 6. Kapitel setzt sich mit der Wärmeversorgung durch eine Wärmepumpe auseinander.
Die erläuterten Versorgungstechnologien sollen in Kapitel 7 in einer Szenarioanalyse für ein durchschnittliches Einfamilienhaus angewandt werden. Ziel dabei ist es herauszufinden, wie autark ein durchschnittliches Einfamilienhaus unter Verwendung der
Versorgungstechnologien PV-Anlage, Batteriespeicher und Wärmepumpe in den verschiedenen Szenarien werden kann und wie wirtschaftlich diese Szenarien für den Haushalt sind. Hierzu wurde ein Rechenmodell mithilfe von MS Excel erstellt.
In einer in Kapitel 8 folgenden Sensitivitätsanalyse soll der Einfluss der Stromkosten auf die Wirtschaftlichkeit der Szenarien untersucht werden.
Kapitel 9 setzt fort mit einer kritischen Diskussion der angewandten Versorgungsszenarien und den Folgen, die durch erhöhte Autarkiegrade privater Haushalte einhergehen.
Mit einem Fazit und Ausblick in Kapitel 10 wird diese Bachelorarbeit abgerundet.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1. Problemstellung
- 1.2. Motivation
- 2. Bedeutung des Begriffs Autarkie
- 3. PV-Anlage
- 3.1. Aufbau einer Solarzelle
- 3.2. Funktionsweise von Solarzellen
- 3.3. Arten von PV-Anlagen
- 3.4. Kosten für PV-Anlagen und deren Förderung
- 4. Batteriespeicher
- 4.1. Lithium-Ionen-Batterie – Aufbau und Funktionsweise
- 4.2. Blei-Säure-Batterie – Aufbau und Funktionsweise
- 4.3. Eigenschaften von Lithium-Ionen- und Blei-Säure-Batterien
- 4.4. Kosten für Batteriespeicher und deren Förderung
- 5. PV-Batteriespeichersystem
- 5.1. Aufbau und Funktionsweise eines PV-Batteriespeichersystems
- 5.2. Planung und Dimensionierung eines PV-Batteriespeichersystems
- 5.3. Betriebsstrategien eines PV-Batteriespeichersystems
- 5.4. Kosten eines PV-Batteriespeichersystems
- 6. Wärmepumpe
- 6.1. Aufbau und Funktionsweise einer Wärmepumpe
- 6.2. Planung und Dimensionierung einer Wärmepumpe
- 6.3. Kosten einer Wärmepumpe
- 7. Szenarioanalyse – Versorgungsszenarien für ein durchschnittliches Einfamilienhaus
- 7.1. Annahmen und Herangehensweise bei der Modellerstellung
- 7.2. Szenario A – PV-Anlage und konventionelle Ölheizung
- 7.3. Szenario B – PV-Anlage mit Batteriespeicher und konventionelle Ölheizung
- 7.4. Szenario C – PV-Anlage mit Wärmepumpe
- 7.5. Szenario D – PV-Anlage mit Batteriespeicher und Wärmepumpe
- 7.6. Zusammenfassung der Ergebnisse
- 8. Sensitivitätsanalyse
- 9. Kritische Diskussion privater Energieautarkie
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Bachelorarbeit untersucht die Möglichkeiten der Energieautarkie in einem durchschnittlichen Einfamilienhaus unter Verwendung erneuerbarer Energien. Die Wirtschaftlichkeit verschiedener Versorgungsszenarien wird analysiert und bewertet.
- Analyse der Funktionsweise und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik-Anlagen.
- Untersuchung des Einsatzes und der Wirtschaftlichkeit von Batteriespeichern zur Steigerung der Eigenverbrauchsquote.
- Bewertung der Wärmepumpe als Alternative zu fossilen Heizsystemen.
- Szenarioanalyse zur Ermittlung von Autarkiegraden und Kapitalwerten verschiedener Versorgungskombinationen.
- Sensitivitätsanalyse zur Beurteilung des Einflusses von Strompreisen auf die Wirtschaftlichkeit.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung führt in das Thema Energieautarkie in Privathaushalten ein und beschreibt die Problemstellung im Kontext der Energiewende und der Klimaziele der Bundesregierung. Es werden gesetzliche Vorgaben und wirtschaftliche Anreize für den Umstieg auf erneuerbare Energien erläutert, die die Motivation für Privathaushalte zum "Prosumer" darstellen. Die Arbeit beschreibt das Ziel, die Autarkie eines durchschnittlichen Einfamilienhauses mithilfe verschiedener Versorgungstechnologien zu untersuchen, und umreißt den Aufbau der Arbeit.
2. Bedeutung des Begriffs Autarkie: Dieses Kapitel klärt den Begriff der Autarkie im Allgemeinen und im Kontext der Energieversorgung. Unterschiedliche Grade der Energieautarkie (tendenziell, bilanziell, komplett) werden definiert und die Motivationen für das Streben nach Energieautarkie werden beleuchtet. Die Bedeutung von Strom- und Wärmeautarkie für die Gesamtenergieversorgung wird herausgestellt.
3. PV-Anlage: Dieses Kapitel befasst sich mit dem Aufbau und der Funktionsweise von Photovoltaik-Anlagen. Es erläutert die Funktionsweise von Solarzellen auf Basis des Energiebändermodells, beschreibt verschiedene Arten von Solarzellen und geht auf die Kosten und Fördermöglichkeiten von PV-Anlagen ein. Der Einfluss der Ausrichtung und Neigung des Daches auf den Ertrag wird beleuchtet.
4. Batteriespeicher: Dieses Kapitel beschreibt den Aufbau und die Funktionsweise von Lithium-Ionen- und Blei-Säure-Batterien. Die technischen Eigenschaften der beiden Batterietypen werden verglichen und die Kosten sowie Fördermöglichkeiten für Batteriespeicher werden erläutert. Der Fokus liegt auf dem Einsatz von Batteriespeichern in Verbindung mit PV-Anlagen zur Erhöhung der Eigenverbrauchsquote.
5. PV-Batteriespeichersystem: Dieses Kapitel behandelt die Kombination von PV-Anlage und Batteriespeicher. Es werden verschiedene Kopplungsmöglichkeiten (AC, DC) erläutert, und die Planung sowie Dimensionierung eines solchen Systems wird detailliert beschrieben. Unterschiedliche Betriebsstrategien (eigenverbrauchsoptimiert, netzoptimiert) werden vorgestellt und die Kosten eines PV-Batteriespeichersystems werden diskutiert.
6. Wärmepumpe: Dieses Kapitel befasst sich mit dem Aufbau und der Funktionsweise von Wärmepumpen, insbesondere Luft/Wasser-Wärmepumpen. Es werden unterschiedliche Wärmequellen, Betriebsarten und die Planung sowie Dimensionierung von Wärmepumpenheizungen ausführlich dargestellt, inklusive der Kosten und Fördermöglichkeiten. Der Fokus liegt auf der Integration in ein PV-Batteriespeichersystem.
7. Szenarioanalyse – Versorgungsszenarien für ein durchschnittliches Einfamilienhaus: In diesem Kapitel werden vier verschiedene Versorgungsszenarien für ein durchschnittliches Einfamilienhaus simuliert und analysiert. Die Szenarien umfassen unterschiedliche Kombinationen von PV-Anlagen, Batteriespeichern und Wärmepumpen. Die Ergebnisse bezüglich Autarkiegrad und Wirtschaftlichkeit werden vorgestellt und verglichen.
8. Sensitivitätsanalyse: Dieses Kapitel untersucht den Einfluss von Strompreisänderungen auf die Wirtschaftlichkeit der in Kapitel 7 vorgestellten Szenarien. Die Ergebnisse werden interpretiert und die Sensitivität der Ergebnisse in Bezug auf Strompreisvariationen wird diskutiert.
9. Kritische Diskussion privater Energieautarkie: Dieses Kapitel diskutiert die volkswirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen einer steigenden Energieautarkie von Privathaushalten. Die Herausforderungen für das Stromversorgungssystem, insbesondere in Bezug auf Netzentgelte und die "Entsolidarisierung" von Haushalten, werden beleuchtet.
Schlüsselwörter
Energieautarkie, Energiewende, Photovoltaik (PV), Batteriespeicher, Wärmepumpe, Eigenverbrauch, Autarkiegrad, Wirtschaftlichkeit, Szenarioanalyse, Sensitivitätsanalyse, CO²-Emissionen, Klimaneutralität, Energiewirtschaft.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Bachelorarbeit: Energieautarkie im Einfamilienhaus
Was ist der Gegenstand dieser Bachelorarbeit?
Die Arbeit untersucht die Möglichkeiten der Energieautarkie in einem durchschnittlichen Einfamilienhaus mithilfe erneuerbarer Energien. Im Fokus steht die Analyse und Bewertung der Wirtschaftlichkeit verschiedener Versorgungsszenarien.
Welche Technologien werden in der Arbeit betrachtet?
Die Arbeit analysiert Photovoltaik-Anlagen (PV), Batteriespeicher (Lithium-Ionen und Blei-Säure), und Wärmepumpen als zentrale Technologien zur Erreichung von Energieautarkie. Es werden verschiedene Kombinationen dieser Technologien in verschiedenen Szenarien untersucht.
Wie ist die Arbeit strukturiert?
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung und einer Klärung des Begriffs "Autarkie". Es folgen Kapitel zu PV-Anlagen, Batteriespeichern, und Wärmepumpen, welche jeweils Aufbau, Funktionsweise, Kosten und Fördermöglichkeiten beschreiben. Der Kern der Arbeit bildet eine Szenarioanalyse, die verschiedene Kombinationen der Technologien simuliert und deren Wirtschaftlichkeit vergleicht. Eine Sensitivitätsanalyse untersucht den Einfluss von Strompreisen, und abschließend wird die private Energieautarkie kritisch diskutiert.
Welche Szenarien werden in der Szenarioanalyse untersucht?
Vier verschiedene Versorgungsszenarien werden simuliert: A) PV-Anlage und konventionelle Ölheizung, B) PV-Anlage mit Batteriespeicher und konventionelle Ölheizung, C) PV-Anlage mit Wärmepumpe, und D) PV-Anlage mit Batteriespeicher und Wärmepumpe. Die Szenarien werden hinsichtlich Autarkiegrad und Wirtschaftlichkeit verglichen.
Welche Aspekte der Wirtschaftlichkeit werden betrachtet?
Die Wirtschaftlichkeit der verschiedenen Szenarien wird anhand von Kapitalwerten und der Berücksichtigung von Strompreisen bewertet. Eine Sensitivitätsanalyse untersucht den Einfluss von Strompreisänderungen auf die Ergebnisse.
Welche Schlüsselbegriffe sind relevant für diese Arbeit?
Wichtige Schlüsselbegriffe sind Energieautarkie, Energiewende, Photovoltaik (PV), Batteriespeicher, Wärmepumpe, Eigenverbrauch, Autarkiegrad, Wirtschaftlichkeit, Szenarioanalyse, Sensitivitätsanalyse, CO²-Emissionen, Klimaneutralität, und Energiewirtschaft.
Welche Arten von Batterien werden verglichen?
Die Arbeit vergleicht Lithium-Ionen- und Blei-Säure-Batterien hinsichtlich ihres Aufbaus, ihrer Funktionsweise, und ihrer Eigenschaften.
Wie wird der Begriff "Autarkie" definiert?
Der Begriff "Autarkie" wird im Kontext der Energieversorgung differenziert betrachtet, mit Unterscheidung zwischen tendenzieller, bilanzieller und vollständiger Autarkie.
Welche Rolle spielt die Wärmepumpe in den untersuchten Szenarien?
Die Wärmepumpe wird als alternative Heiztechnologie zu fossilen Systemen betrachtet und in verschiedenen Szenarienkombinationen mit PV-Anlagen und Batteriespeichern untersucht.
Welche Schlussfolgerungen zieht die Arbeit?
Die Arbeit zieht Schlussfolgerungen zur Wirtschaftlichkeit und zum ökologischen Potenzial verschiedener Wege zur Energieautarkie im Einfamilienhaus. Es wird auch eine kritische Diskussion der volkswirtschaftlichen und ökologischen Folgen steigender privater Energieautarkie geführt.
- Quote paper
- Nick Bulach (Author), 2023, Energieautarkie in Privathaushalten, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1383421
