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Die Stromwende

Eine Stromwende würde bedeuten, dass die Energiewirtschaft komplett auf erneuerbare Energiequellen umgestellt wird und fossile Brennstoffe wie Kohle, Gas und Öl nicht mehr genutzt werden. Eine solche Transformation stellt eine große Herausforderung dar, da die bisherige Infrastruktur und die Stromnetze auf den Einsatz von fossilen Brennstoffen ausgelegt sind. Der Ausbau von Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen, Wasserkraftwerken und anderen erneuerbaren Energiequellen muss massiv ausgeweitet werden. Dabei sollten insbesondere die Potenziale in Regionen mit viel erneuerbarer Energie genutzt werden. Effizienzmaßnahmen und Energieeinsparungen sind ein wichtiger Bestandteil der Stromwende. Insbesondere der Gebäudebereich bietet hier großes Potenzial für Einsparungen. Um die erneuerbaren Energiequellen in großem Maßstab nutzen zu können, müssen die Stromnetze entsprechend ausgebaut werden. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass sie standortspezifisch angepasst werden. Der Einsatz von Elektrofahrzeugen ist ein wichtiger Baustein einer Stromwende. Die Elektromobilität muss dementsprechend gezielt gefördert werden, z.B. durch den Ausbau von Ladeinfrastruktur und die Einführung von Anreizen für den Kauf von Elektrofahrzeugen. Die Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen ist ein wichtiger Bestandteil der Stromwende. Durch eine Kopplung verschiedener Sektoren wie Strom, Wärme und Verkehr kann der Einsatz von erneuerbaren Energien effizienter gestaltet werden. Beispielsweise lassen sich Überschussstrommenge aus Windkraftanlagen in Form von Wasserstoff speichern und später als Kraftstoff nutzen. Um eine Stromwende zu ermöglichen, müssen auch die politischen Rahmenbedingungen angepasst werden. Hierzu gehören beispielsweise die Förderung erneuerbarer Energien, die Einführung von CO2-Preisen sowie die Abschaffung von Subventionen für fossile Brennstoffe.

Photovoltaik

Photovoltaikanlagen bestehen aus Solarzellen, die in der Lage sind, Sonnenenergie in elektrischen Strom umzuwandeln. Diese Solarzellen bestehen aus halbleitenden Materialien wie Silizium oder Cadmiumtellurid, die positiv und negativ geladen sind, um eine Spannung zu erzeugen. Mehrere solcher Solarzellen werden in einem Modul miteinander verbunden, und mehrere dieser Module bilden eine komplexe Photovoltaikanlage. Der Aufbau einer Photovoltaikanlage beginnt mit der Gewinnung von Materialien wie Silizium oder Cadmiumtellurid. Diese Rohstoffe werden in Schmelzöfen zu dünnen Platten geschmolzen und dann in elektronischen Substraten verarbeitet. So entstehen Solarzellen, die in Modulen verbaut werden können. Die Module werden auf Montagesystemen auf Dächern oder in freistehenden Anlagen installiert. Ein Wechselrichter wandelt den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, der dann ins Netz des Stromversorgers eingespeist wird. Die Eigenschaften der Solarzellen bestimmen den Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der auftreffenden Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt werden können. Dieser Wirkungsgrad hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel dem Material und der Dicke der Solarzellen, dem Lichteinfallwinkel und der Intensität des Sonnenlichts. Photovoltaik-Anlagen spielen eine wichtige Rolle in der Energiewende, da sie zur Erzeugung von erneuerbarem Strom beitragen. Durch den Einsatz von Photovoltaik-Technologie wird die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen stark reduziert und somit auch der CO2-Ausstoß verringert. Da die Kosten für Photovoltaik-Anlagen in den letzten Jahren stetig gesunken sind, werden sie immer attraktiver und können auch von Privathaushalten und kleinen Unternehmen genutzt werden. 

Neubauten und Bestandsgebäude

Ein zukünftiges Gesetz im Rahmen des Gebäude-Energie-Gesetzes könnte vorschreiben, dass Bauherren bei Neubauten verpflichtet sind, die Dachflächen mit Photovoltaik-Modulen auszustatten. Diese Verpflichtung würde für alle neu gebauten Wohn- oder Gewerbegebäude gelten und soll dazu beitragen, den Anteil erneuerbarer Energien im Energieverbrauch von Gebäuden zu erhöhen. Bauherren müssten demnach bereits bei der Planung ihres Neubaus den Einbau von Photovoltaik-Modulen in ihre Kalkulation einbeziehen. Bei der Errichtung des Gebäudes müssten dann Fachbetriebe beauftragt werden, um die Module fachgerecht auf das Dach zu installieren. Je nach Größe der Dachfläche, der Dachgeometrie und der technischen Möglichkeiten, müsste eine bestimmte Mindestleistung der Photovoltaikanlage erreicht werden. Das Gesetz könnte auch Anreize bieten, um den Einbau von Photovoltaikanlagen zu unterstützen. So könnten beispielsweise Förderungen oder Steuervergünstigungen gewährt werden, um den finanziellen Aufwand für Bauherren zu reduzieren. Langfristig würde sich die Investition in die Photovoltaikanlage jedoch rechnen, da durch die Stromerzeugung aus Sonnenenergie die Energiekosten gesenkt werden können. Die Energieeinsparverordnung verlangt, dass bei Gebäuden mit einer Photovoltaikanlage der erzeugte Strom in erster Linie im eigenen Gebäude genutzt werden muss. Nur wenn dieser nicht ausreicht, darf zusätzlich Strom aus dem öffentlichen Netz ins Gebäude eingespeist werden. Wenn hingegen der erzeugte Strom die eigenen Bedürfnisse übersteigt, kann der Überschuss entweder im Gebäude selbst gespeichert oder ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Im Rahmen des Gebäude-Energie-Gesetzes könnte diese Verpflichtung auch für Bestandsgebäude ausgeweitet werden, die über eine bestimmte Größe und Nutzung verfügen, um sicherzustellen, dass der größtmögliche Beitrag auch in diesem großen Bereich geleistet wird. Die geplante Regelung könnte auch Anreize für Hausbesitzer vorsehen, die diese Verpflichtung nicht erfüllen können oder wollen. Dazu könnten finanzielle Förderungen, Steuervergünstigungen oder andere Anreize gehören, die es den Hausbesitzern erleichtern, die Kosten für die Installation von Photovoltaikanlagen zu tragen. Darüber hinaus könnte das Gesetz auch verlangen, dass die erzeugte Solarenergie in das öffentliche Netz eingespeist wird und darüber eine Vergütung erhalten wird. Diese Einnahmen könnten dazu beitragen, die Kosten für die Installation der Photovoltaikanlagen auszugleichen und den Hausbesitzern einen finanziellen Anreiz zu bieten, diese Errungenschaft zu erzielen.

Stromgemeinschaften

Stromgemeinschaften sind Zusammenschlüsse von Haushalten, Unternehmen oder Kommunen, die ihren Strombedarf durch erneuerbare Energiequellen decken wollen. Diese Gemeinschaften können mithilfe intelligenter Strommanagement-Systeme und künstlicher Intelligenz (KI) gesteuert werden, um einen höheren Grad an Effizienz und Nachhaltigkeit zu erreichen. Intelligente Strommanagement-Systeme können den Verbrauch und die Produktion von erneuerbaren Energien in der Gemeinschaft überwachen und steuern, um eine optimale Nutzung zu gewährleisten. Zum Beispiel kann es mithilfe von Datenanalysen und Vorhersagemodellen sein, die Stromnachfrage in der Gemeinschaft zu prognostizieren und den Energiebedarf entsprechend anzupassen. KI-Technologien wie maschinelles Lernen können auch eingesetzt werden, um den Elektrizitätsverbrauch weiter zu optimieren. Durch das Sammeln von Daten über den Energieverbrauch der Mitglieder und die Wetterbedingungen können Algorithmen entwickelt werden, die den Stromfluss in der Gemeinschaft automatisch und intelligent regulieren, um die Versorgungssicherheit aufrechtzuerhalten und gleichzeitig den CO2-Fußabdruck zu reduzieren.

Stromspeicher

Die Speichertechnologie für erneuerbaren Strom umfasst verschiedene Arten von Speichern, wie Batteriespeicher, Power-to-Gas-Speicher, Pumpspeicherkraftwerke und Speicher in Form von Wasserstoff. All diese Speicher dienen dazu, überschüssigen erneuerbaren Strom zu speichern und bei Bedarf wieder zur Verfügung zu stellen. In Deutschland wird der Ausbau von Speichertechnologien für erneuerbaren Strom vom Staat gefördert. So gibt es zum Beispiel Förderprogramme für den Bau von Batteriespeichern und Power-to-Gas-Anlagen. Auch der Ausbau von Pumpspeicherkraftwerken wird gefördert. Der Ausbau von Speichertechnologien ist sehr wichtig, da er dazu beiträgt, die Schwankungen in der Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen auszugleichen und eine konstante Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Dies ist vor allem vor dem Hintergrund des geplanten Ausstiegs aus der Atom- und Kohlekraftwerksnutzung von großer Bedeutung. Es gibt verschiedene Arten von Batteriespeichern für erneuerbare Energien, die je nach Einsatzzweck und Anforderungen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Jeder Batterietyp hat seine eigenen Vor- und Nachteile und eignet sich für unterschiedliche Anwendungen. Die Wahl des richtigen Batteriespeichers hängt von der Größe des Stromspeichers, der Lebensdauer, den Kosten und anderen Faktoren ab. 

Stromsparen 

Die Verwendung von LED-Leuchtmitteln ermöglicht eine erhebliche Stromersparnis im Vergleich zu herkömmlichen Glühlampen oder Energiesparlampen. LED-Lampen verbrauchen bis zu 90% weniger Energie als Glühlampen und bis zu 80% weniger als Energiesparlampen. Sie haben auch eine viel längere Lebensdauer, was bedeutet, dass sie weniger oft ausgetauscht werden müssen und somit weniger Abfall produzieren. Schaltbare Steckdosen sind eine weitere Möglichkeit, Strom zu sparen. Viele Geräte verbrauchen auch im Stand-by-Modus Strom, selbst wenn sie nicht aktiv genutzt werden. Durch die Verwendung von schaltbaren Steckdosen kann man den Stromverbrauch solcher Geräte komplett abschalten, wenn sie nicht verwendet werden. Dies kann zu einer erheblichen Stromersparnis führen, insbesondere wenn man bedenkt, wie viele Geräte heute im Stand-by-Modus laufen (z.B. Fernseher, Computer, Spielkonsolen, Ladegeräte etc.). Router, Modems und Telefonanlagen benötigen natürlich eine permanente Stromversorgung.


Künstliche Intelligenz in der Elektrotechnik 

Die künstliche Intelligenz (KI) kann in der Stromversorgung im Gebäude auf verschiedene Weise helfen. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die KI-Systeme kontinuierlich den Energieverbrauch analysieren und Prognosen zur künftigen Nutzung erstellen. Dadurch kann der Strombedarf präziser ermittelt werden, was zu einer optimierten Versorgung mit Energie führt. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Integration von Smart Grids in Gebäude, die durch KI-Systeme erleichtert wird. Diese Technologie ermöglicht den effektiven Transport und die Verteilung von Strom innerhalb eines Gebäudes. Es wird möglich, verschiedene Stromquellen zu managen, z. B. die lokale Stromerzeugung von Solarzellen oder Windrädern, die Netzquelle des örtlichen Energieversorgers oder andere erneuerbare Energiespeicher, wie Batterien. Außerdem kann KI zur Überwachung von Gebäudeanlagen genutzt werden. Die KI-Systeme können automatisch Ausfälle und Störungen im Stromnetz erkennen und Fehlerquellen schnell lokalisieren. Dies ermöglicht eine schnelle Behebung von Fehlfunktionen und erhöht somit die Sicherheit der Energieversorgung.

 

Künstliche Intelligenz in der Heizungstechnik 

KI-basierte Systeme können die Heizleistung von Heizungsanlagen in Echtzeit steuern, indem sie auf Informationen wie die Temperatur im Raum, die Wettervorhersage und den Energiebedarf des Gebäudes zugreifen. Dadurch kann die Heizleistung je nach Bedarf automatisch angepasst werden, um eine konstante Raumtemperatur aufrechtzuerhalten und dabei Energie zu sparen. KI-basierte Systeme können mithilfe von Sensoren und Datenanalysen die Abnutzung und den Verschleiß von Heizungsanlagen vorhersagen. Dadurch kann der zukünftige Wartungsbedarf und die benötigten Ersatzteile frühzeitig identifiziert werden, um Ausfallzeiten zu minimieren und die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern. KI-basierte Systeme können auch intelligentere Heizungen steuern, die mit IoT-Sensoren und intelligenten Thermostaten ausgestattet sind. Diese Heizungen können sich automatisch an den Tagesablauf und das Verhalten der Bewohner anpassen, um ein optimales Heizerlebnis zu bieten und Energie zu sparen. KI-basierte Systeme können auch die CO2-Emissionen von Heizungsanlagen überwachen und analysieren. Durch die Überwachung der Emissionen können Anomalien und Abweichungen identifiziert werden, um mögliche Anpassungen der Heizleistung und des Energiebedarfs zu initiieren und dadurch die Umwelt und den Geldbeutel zu schonen.


Intelligente Stromzähler 

Intelligente Stromzähler sind spezielle elektronische Geräte, die den Stromverbrauch und Strombedarf in Echtzeit messen und aufzeichnen können. Sie sind in der Lage, diese Daten an ein intelligentes Stromnetz weiterzuleiten, das mit KI-Systemen ausgestattet ist. Die KI-Systeme analysieren die Daten in Echtzeit und können so den Strombedarf voraussagen und optimieren. Hierbei können verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, wie z.B. Wetterbedingungen, Tageszeit und Strompreise. Die Daten können auch genutzt werden, um Einsparpotenziale aufzudecken und die Stromversorgung zu optimieren. Die intelligenten Stromzähler sind oft mit einem integrierten Kommunikationsmodul ausgestattet, das es ermöglicht, dass sie automatisch mit dem Smart-Grid-System kommunizieren können. Auf diese Weise können die Daten in Echtzeit ausgetauscht werden und es können schnellere Entscheidungen getroffen werden, um die Energienutzung zu optimieren.

Windkraftanlagen 

Windkraftanlagen nutzen die Bewegungsenergie des Windes, um Strom zu erzeugen. Die Anlage besteht aus einem Turm, auf dem sich ein Rotor mit drei bis vier Rotorblättern befindet. Der Rotor wird durch den Wind angetrieben und dreht sich um eine horizontale Achse. Dabei wird die Bewegungsenergie des Rotors durch einen Generator in elektrischen Strom umgewandelt. Der Strom wird dann in einem Transformator auf die benötigte Spannung gebracht und in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Um eine Windkraftanlage zu errichten, muss zunächst ein geeigneter Standort gefunden werden, an dem genügender Wind weht. Dann werden Fundamente in den Boden gesetzt, auf denen der Turm befestigt wird. Anschließend wird der Rotor mit den Rotorblättern installiert. Wenn die Anlage vollständig errichtet ist, erfolgt die Anbindung an das Stromnetz. Der Wirkungsgrad einer Windkraftanlage hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Windgeschwindigkeit, dem Wirkungsgrad des Generators und der Effizienz des Rotors. In der Regel liegt der Wirkungsgrad von modernen Windkraftanlagen bei etwa 40 bis 50 Prozent. Das bedeutet, dass etwa die Hälfte der Energie des Windes in elektrischen Strom umgewandelt wird. Windkraftanlagen spielen eine Hauptrolle in der Energiewende, da sie eine saubere und erneuerbare Energiequelle darstellen.


Wasserkraftwerke 

Wasserkraftwerke nutzen die Bewegungsenergie des fließenden Wassers, um Strom zu erzeugen. Dies geschieht durch den Einsatz von Turbinen, die von dem Wasser angetrieben werden und eine Generatorwelle bewegen. Der so erzeugte Strom wird in das Stromnetz eingespeist und kann von Verbrauchern genutzt werden. Wasserkraftwerke leisten einen wichtigen Beitrag zur Stromerzeugung in der Energiewende, da sie eine erneuerbare Energiequelle sind und somit keine fossilen Brennstoffe verbrauchen oder CO2 ausstoßen. Zudem ist die Stromproduktion von Wasserkraftwerken konstant und zuverlässig, da das fließende Wasser als Energiequelle stetig zur Verfügung steht. Wasserkraftwerke können insbesondere zur Speicherung überschüssiger Energie aus anderen erneuerbaren Energiequellen eingesetzt werden, um diese bei Bedarf wieder ins Stromnetz einzuspeisen.

Elektroheizung

Eine Elektroheizung besteht aus einem elektrischen Widerstandselement, das unter Strom gesetzt wird. Wenn der Strom durch das Widerstandselement fließt, wandelt es die elektrische Energie in Wärmeenergie um und erwärmt dadurch den umgebenden Raum. Die Wärme wird durch Konvektion und Strahlung im Raum verteilt, um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Eine Elektroheizung kann durch ein Thermostat gesteuert werden, das den Stromfluss zum Widerstandselement entsprechend der Raumtemperatur regelt. Die meisten modernen Elektroheizungen verfügen über eine programmierbare Steuerung, die es dem Benutzer ermöglicht, die gewünschte Temperatur für verschiedene Zeiten des Tages oder der Woche einzustellen, um Energie und Kosten zu sparen. Elektroheizungen können entweder als wandmontierte Geräte oder als freistehende Geräte wie Konvektoren, Heizlüfter oder Infrarotstrahler verwendet werden. Obwohl sie oft teurer im Betrieb sind als andere Heizungsarten, sind sie in der Anschaffung günstig und erfordern keine Wartung oder speziellen Installationsanforderungen. Speziell die Infrarotstrahler gibt es in dem Ausführen als dekoratives Wandelement, als Spiegel, als Tafel, oder als Wandbild. Dabei benötigt man lediglich einen (verdeckten) Stromanschluss, der im Besten Fall mit selbst erzeugtem grünen Strom durch eine Photovoltaik-Anlage produziert wird.