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    Müllabfuhr in Lübeck, 1928
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    Mit Müllabfuhr oder schweizerisch Kehrichtabfuhr bezeichnet man generell die Beseitigung von Abfall durch Spezialfahrzeuge in städtischer beziehungsweise kommunaler Regie.

    Die für die Müllabfuhr eingesetzten Fahrzeuge (Müllwagen) müssen in Deutschland mit einem A-Schild gekennzeichnet sein.

    Inhaltsverzeichnis

    1 Geschichte
    2 Ablauf
    3 Politik
    4 Beruf
    5 Literatur
    6 Weblinks
    7 Quellen

    Geschichte

    Die Geschichte der Müllabfuhr beginnt damit, dass es im 15. Jahrhundert nicht mehr tragbar erschien, die Haus- und Gewerbeabfälle und sogar menschliche Exkremente auf Straßen oder in Stadtbäche zu schütten. Seit dieser Zeit wurde der Abfall aus den Städten auf die umliegenden Felder verbracht. Wie schlecht das funktioniert haben muss, zeigt die Beschwerde im Jahre 1579 vom Rat der Stadt Köln, „dass die Einwohner es vor ihren Häusern und Erbschaften ganz unsauber und unrein halten“. Bis ins 20. Jahrhundert hinein transportierte die Müllabfuhr den Müll meistens auf Müllhalden.

    Die erste Müllverbrennungsanlage entstand 1874 in Nottingham (Vereinigtes Königreich Großbritannien und Irland) nach einem Patent von Albert Fryer. Im Jahre 1896 folgte nach der Choleraepidemie von 1892 Hamburg als erste deutsche Stadt. Anfang des 20. Jahrhunderts begann die Motorisierung des Fuhrparks (siehe auch Automobil), zuerst mit batteriebetriebenen Vorspannwagen und später durch den Einsatz von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor.

    Heute diskutiert man den Einsatz von mikroprozessorunterstützten Müllabholverfahren, um die Leerungen bedarfsabhängig vornehmen zu können und so Kosten zu sparen. Unter dem Begriff Dustbot (engl. Schmutzroboter) werden mehrere verschiedene in Entwicklung befindliche Roboter zusammengefasst, die völlig selbständig Müll beseitigen können.

    Ende der 1970er Jahre tauchten in Deutschland die ersten Altglascontainer auf, Mitte der 1980er Jahre dann Altpapiercontainer und ab den 1990er Jahren Mülltonnen für Verpackungsabfall mit dem Grünen Punkt gekennzeichnet und die Biotonne für kompostierbaren Abfall. Die Müllabfuhr differenzierte also immer stärker den Müll im Bestreben, dem Recycling-Gedanken der aufkommenden Umweltschutzbewegung zu entsprechen.

    Ablauf

    Das gesamte abzufahrende Gebiet ist in einzelne Abfuhrbezirke eingeteilt, die gemäß dem Abfuhrplan angefahren werden. An den entsprechenden Tagen wird der Hausmüll durch die Haushalte in Müllsäcken, teilweise in dafür vorgesehenen Tonnen, vor dem Haus deponiert. In der Schweiz muss für diese Müllsäcke eine Sackgebühr entrichtet werden. Die Leerung der Hausmülltonnen kann zweiwöchentlich, wöchentlich oder auf Wunsch auch häufiger erfolgen. Da das reguläre Müllfahrzeug wegen seiner Schüttung zum Transport von Sperrmüll ungeeignet ist bzw. der Sperrmüll gesondert entsorgt oder verrechnet wird, muss man ihn gesondert abholen lassen. Im Frühjahr und Herbst können in ländlichen Gegenden Grünabfälle wie Baum- und Strauchschnitt von der Müllabfuhr eingesammelt und kompostiert werden. Oft bietet der jeweilige Entsorgungsbetrieb auch die Abholung von Weihnachtsbäumen an. Müllmänner müssen während ihrer Arbeit in Deutschland Warnwesten tragen, um die eigene Sicherheit zu erhöhen.

    Wertstoffe (Altpapier, Altglas und Verpackungen) transportiert in der Regel eine private Müllabfuhr. Da es hier meistens Spezialtonnen gibt, benötigt man dafür Müllfahrzeuge, die mit dem System der Hausmülltonnen nicht kompatibel sind. Hier sind Frontlader und Hecklader im Einsatz, aber auch spezialisierte Müllfahrzeuge.

    Regelmäßig auftretende Probleme sind die stark zugeparkten oder zugewachsenen Straßen, wo nicht nur die Müllabfuhr, sondern auch Rettungsdienste oft an ihre Grenzen stoßen. Ein Lösungsansatz ist, wie z. B. in Barcelona, in engstraßigen Vierteln, die ausschließlich nächtliche bzw. frühmorgendliche Abholung des Mülls. Im Schweizer Winterthur verkehrt – vor allem im Stadtzentrum – seit 2013 ein Kehrichtsammelwagen mit leisem Hybridantrieb.[1]

    Nachdem der Müll eingesammelt ist, wird er weiterverarbeitet: Der werthaltige Müll wie Altpapier und Altglas wird in dafür spezialisierten Betrieben aufbereitet und fließt zum überwiegenden Teil wieder in die Produktion von Neuware ein. Aus hygienischen Gründen dürfen jedoch daraus keine Lebensmittelverpackungen hergestellt werden. Der Hausmüll kommt in Deutschland (seit 31. Mai 2005), in Österreich (seit 31. Dezember 2004 bzw. ab 31. Dezember 2008) und in der Schweiz (größtenteils seit dem 1. Januar 2000) in eine Müllverbrennungsanlage, mechanisch-biologische Anlage oder in anderen Ländern unbehandelt auf die Deponie.

    Politik

    Die Müllabfuhr wird in der Regel als Müllabfuhr-Zweckverband für ländliche Kommunen, als kommunaler Eigenbetrieb oder als Unternehmen im kommunalen Besitz betrieben. Immer häufiger werden die Abfuhrdienstleistungen aber auch durch eine Ausschreibung an eine Privatfirma vergeben, die dann im Auftrag der Kommunen die Abfälle einsammelt. Aber auch viele Gewerbebetriebe beauftragen separate Entsorgungsfirmen, die die verschiedenen Abfälle einsammeln. So kann es sein, dass eine und dieselbe Abfallart in einem Entsorgungsgebiet mehrere Male pro Woche von verschiedenen Firmen eingesammelt wird.

    In der Politik diskutiert man seit Mitte der 1970er Jahre über die Privatisierung der Müllabfuhr. In der Regel führt dies nur zu einer Änderung der Rechtsform des Müllabfuhrunternehmens mit gleich bleibendem kommunalem Eigentümer. Durch das seit einigen Jahren geltende Vergaberecht sind die Betreiber der kommunalen Müllabfuhr gehalten, den wirtschaftlich günstigsten Anbieter für die Verbrennung des Hausmülls zu bedienen. Dies führt zu ökologisch kaum vertretbarem sogenannten Mülltourismus, da der Inhalt der Fahrzeuge oft nicht in der nächstgelegenen Anlage entsorgt werden kann.

    Beruf

    Dieser Artikel oder Absatz stellt die Situation in Deutschland dar. Hilf mit, die Situation in anderen Staaten zu schildern.

    Die Personen, die den Müll entsorgen, nennt man Müllwerker, Mülllader, Müllkutscher[2] oder Müllmänner. Hierfür war früher keine Ausbildung erforderlich und oft wurden seit den 1960er Jahren sogenannte Gastarbeiter zu geringen Löhnen eingesetzt, bis 1984 der Ausbildungsberuf Ver- und Entsorger/in geschaffen wurde.

    Heute gilt der Müllwerker in der Entsorgungswirtschaft als Ausbildungsberuf. So ist die Fachkraft für Kreislauf- und Abfallwirtschaft seit dem 17. Juni 2002 in Deutschland ein staatlich anerkannter Ausbildungsberuf nach dem Berufsbildungsgesetz.

    Die frühere Berufsbezeichnung bzw. der Ausbildungsberuf Ver- und Entsorger wird zu der Gruppe der sogenannten Umweltschutzberufe gezählt, zu denen auch die umwelttechnischen Ausbildungsberufe der Fachkraft für Abwassertechnik, Fachkraft für Wasserversorgungstechnik und die Fachkraft für Rohr-, Kanal- und Industrieservice gehören.

    Literatur

    Robin Nagle: Picking Up: On the Streets and Behind the Trucks with the Sanitation Workers of New York City. Farrar, Straus and Giroux, New York 2013, ISBN 978-0-374-29929-3. (Die Autorin, Anthropologin an der New York University, schreibt über die 400-jährige Geschichte der New Yorker Müllabfuhr und begleitet die Müllwerker von heute auf ihren Touren)

    Weblinks

    Wiktionary: Müllabfuhr Ã¢Â€Â“ Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
    Stefan Pohl: Chronik zu 111 Jahren AWB, Abfallwirtschaftsbetrieb Köln
    Hamburg und seine Müllabfuhr (1928)
    Bilder historischer Müllfahrzeuge
    Fachkraft – Kreislauf- und Abfallwirtschaft im Berufenet der Bundesagentur für Arbeit

    Quellen

    ↑ Ein Brummer auf Samtpfoten. In: Der Landbote. Winterthur, 5. Juli 2013.

    ↑ Duden: Eintrag Müllkutscher

    Normdaten (Sachbegriff): GND: 4214541-7 (OGND, AKS) | LCCN: sh85112326

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      Eine Privatschule ist eine Schule, die sich im Gegensatz zur Schule in öffentlicher Trägerschaft in der Verantwortung eines freien (nichtstaatlichen) Schulträgers befindet.

      Träger können kirchliche Organisationen, Sozialwerke, Vereine, Personengesellschaften oder Privatpersonen sein. Die freien Träger sind, anders als kommunale Schulträger, für das Lehrpersonal wie für die konzeptionelle Gestaltung verantwortlich. Privatschulen stehen – zumindest in Europa – unter staatlicher Aufsicht und verfügen im Allgemeinen über einen öffentlich-rechtlichen Status.

      Gründe für die Bildung von Privatschulen sind das Elterninteresse an der jeweiligen Prägung, das Anliegen einer Verwirklichung alternativer pädagogischer Konzepte, einer religiösen/weltanschaulichen Prägung oder dem Erhalt eines wohnortnahen Schulangebots.

      Inhaltsverzeichnis

      1 Leistungen
      2 Schüleranteil
      3 Situation in einzelnen Staaten

      3.1 Deutschland: Schule in freier Trägerschaft

      3.1.1 Begriff
      3.1.2 Rechtsgrundlage
      3.1.3 Statistik
      3.1.4 Schularten

      3.1.4.1 Ersatzschulen
      3.1.4.2 Ergänzungsschulen
      3.1.4.3 Freie Unterrichtseinrichtungen

      3.1.5 Finanzierung und steuerliche Berücksichtigung
      3.1.6 Verbände
      3.1.7 Sonstiges

      3.2 Österreich

      3.2.1 Privatschulgesetz

      3.3 Großbritannien
      3.4 Italien
      3.5 Schweiz
      3.6 USA

      4 Siehe auch
      5 Literatur
      6 Weblinks
      7 Einzelnachweise

      Leistungen

      Eine Analyse der PISA-Ergebnisse 2006 (Naturwissenschaften) sagt aus, dass in den meisten Ländern Privatschulen öffentlichen Schulen überlegen sind, dass dies jedoch teilweise durch eine andere Zusammensetzung der Schülerschaft bedingt ist. Nach Herausrechnung der Effekte des familiären und sozioökonomischen Hintergrunds der Schülerschaft erweisen sich in den meisten betrachteten OECD-Ländern (darunter Deutschland) die öffentlichen Schulen den Privatschulen überlegen, in einigen erweisen sie sich als gleichwertig, und nur in einem einzigen OECD-Land (Kanada) erweisen sich die Privatschulen auch dann als überlegen.[1] Für Deutschland ergab eine 2017 durchgeführte Studie der SPD-nahen Friedrich-Ebert-Stiftung, „dass zumeist nur geringfügige Unterschiede zwischen den an privaten und öffentlichen Schulen im Mittel erreichten Kompetenzen festzustellen sind“[2].

      Schüleranteil

      Je nach Land schwankt der Anteil der Schüler, die eine Schule in freier Trägerschaft besuchen, stark. Im OECD-Durchschnitt lag er 2006 bei 14 %. In Österreich war er niedriger und lag bei 10 %, in der Schweiz bei 5 % in Großbritannien bei 7 % und in Deutschland bei 6 %. Im Schuljahr 2016/2017 besuchte jedoch bereits jeder 11. Schüler eine Privatschule.[3] Zu den europäischen Ländern, in denen Privatschulen relativ verbreitet sind, zählten 2006 die Niederlande (Schüleranteil 67 %, sämtliche niederländische Privatschulen sind jedoch finanziell vom Staat abhängig), Irland (58 %), Spanien (35 %) und Dänemark (24 %).[4]

      Die Privatschule ist in Deutschland ein Randphänomen. Dagegen gibt es sie in Irland, in Dänemark, in den Niederlanden und in den USA recht häufig. Auch in Frankreich und Spanien besucht ein beträchtlicher Teil der Schüler der Primar- und Sekundarstufe Privatschulen, die fast ausschließlich in kirchlicher Trägerschaft sind.

      Im Mittelalter war die Privatschule üblich, meistens gab es keine anderen Schulen, so dass die Kinder reicher Eltern auf Klosterschulen geschickt wurden.

      Als Folge des sogenannten Pillenknicks und einer gegen Privatschulen eingestellten Grundstimmung in der Bevölkerung mussten in den 1980er Jahren viele Privatschulen schließen. Es zeigte sich aber, dass insbesondere die alteingesessenen und renommierten Privatschulen mit ihren langjährigen Erfahrungen in der pädagogischen Arbeit gestärkt aus der Krise hervorgingen. Seit den 1990er Jahren entstehen auch in den neuen Bundesländern neue Privatschulen. Diese sind oft als Elternvereine gegründete kleinere Schulen, die aus Kritik an dem öffentlichen Schulsystem eigene Alternativen realisieren.

      Situation in einzelnen Staaten

      Deutschland: Schule in freier Trägerschaft

      Begriff

      Anstelle von „Privatschule“ wird im offiziellen Sprachgebrauch die Bezeichnung „Schule in freier Trägerschaft“ (umgangssprachlich auch: „freie Schule“) bevorzugt.[5][6]

      Rechtsgrundlage

      Das Recht zur Errichtung von Schulen in freier Trägerschaft wird durch Art. 7 Abs. 4 Grundgesetz (GG) ausdrücklich gewährleistet. Der hohe Rang der Gewährleistung (Art. 7 GG zählt zu den Grund- und Menschenrechten) resultiert aus der Erfahrung im Nationalsozialismus. Um eine Gleichschaltung der Bildung zu vermeiden, wird das Bestandsrecht von Schulen in freier Trägerschaft garantiert. Diese Gewährleistung verpflichtet, um das Recht zur Gründung von „Schulen in freier Trägerschaft“ nicht ins Leere laufen zu lassen, den Staat dazu, die Gründung dieser Schulen zu unterstützen.

      Das Grundgesetz verlangt dabei ausdrücklich, dass „eine Sonderung der Schüler nach den Besitzverhältnissen der Eltern nicht gefördert wird“ (.mw-parser-output .Person{font-variant:small-caps} (Art. 7) Sonderungsverbot), und macht dies zur Voraussetzung für die Erteilung einer Anerkennung oder Genehmigung. Michael Wrase und Marcel Helbig vom Wissenschaftszentrum Berlin für Sozialforschung kommen in ihrer Studie dagegen zum Schluss: „Die vom Grundgesetz beabsichtigte soziale Durchmischung der Privatschulen findet nicht statt“[7].

      Da die Aufsicht über das Schulwesen in Deutschland in der Hoheit der Länder liegt, entscheidet jedes Land eigenständig über die Genehmigungs-, Anerkennungs- und Betriebsbedingungen für Schulen in freier Trägerschaft. Die Länder – selbst direkt oder indirekt über kommunale Einrichtungen Betreiber der öffentlichen Schulen Ã¢Â€Â“ beaufsichtigen somit zugleich ihre private Konkurrenz. Neu gegründete Schulen in freier Trägerschaft werden in den ersten Jahren (in der Regel drei bis vier Jahre) finanziell nicht gefördert. Nur wenige Länder zahlen diese zurückgehaltenen Fördermittel zumindest teilweise im Nachhinein an die Schulen in freier Trägerschaft aus.

      Die finanzielle Förderung durch die öffentliche Hand für Lehrkräfte an freien Schulen beträgt einen Teil der Gehälter von Lehrkräften an öffentlichen Schulen (in der Regel zwischen 70 % und 90 %). Die Differenz muss von der Einrichtung selbst erbracht werden, z. B. durch die Erhebung von Schulgeld.

      Statistik

      Im Schuljahr 2009/10 gab es 5200 Privatschulen in Deutschland. Etwa drei Fünftel (3.196) waren davon Grund- und Sekundarschulen, Förderschulen oder Gymnasien, etwa zwei Fünftel (2.004) berufliche Schulen. Auf die Gesamtzahl der Schulen in Deutschland (43.577) bezogen entspricht dies einem Anteil von 11,9 %. Der Anteil bei den allgemeinbildenden Schulen ist jedoch deutlich niedriger (9,2 %) als bei den beruflichen Schulen (22,4 %). Von den rund 11,7 Millionen Schülern besuchten etwa 945.000 private Schulen. Das entspricht einem Anteil von etwa 8 % an der Gesamtschülerschaft. Der Anteil in den einzelnen Ländern unterscheidet sich sehr stark: Während in Sachsen etwa 13,4 % der Schüler an privaten Schulen lernen, sind es in Schleswig-Holstein nur 3,4 %. Relativ hohe Anteile gibt es mit ca. 10 % in Bayern und ca. 9 % in Thüringen.[8]

      2013 wurden 3.370 allgemeine und 2.040 berufliche Privatschulen gezählt. 9 % aller Schüler besuchten Privatschulen. Laut Schätzungen wurden etwa 50 Privatschulen von Unternehmen gegründet.[9]

      Im Schuljahr 2016/2017 haben in Deutschland 9,0 % aller Schüler eine Privatschule besucht (Westdeutschland ohne Berlin: 8,8 %, Ostdeutschland mit Berlin: 9,9 %). Zu den Charakteristika der Privatschulen zählt ein vergleichsweise geringer Anteil von Schülern mit Migrationshintergrund: an den privaten Grundschulen betrug der Anteil der Schüler mit Migrationshintergrund im Jahre 2016 28,3 % (an öffentlichen Grundschulen: 38,1 %); an nichtgymnasialen Schulen betrug er im Jahre 2015 19,2 % (an entsprechenden öffentlichen Schulen: 30,3 %) und an Gymnasien 17,7 % (an öffentlichen Gymnasien: 24,2 %).[10]

      Schularten

      Man unterscheidet Ersatzschulen, die nach ihrem Gesamtzweck auf dieselben Schulabschlüsse hinführen wie die entsprechenden öffentlichen Schulen und an denen man der Schulpflicht genügen kann, und Ergänzungsschulen, die das vorhandene Bildungsangebot beliebig ergänzen. Nach Art. 7 Abs. 4 und 5 GG bedürfen nur Ersatzschulen einer staatlichen Genehmigung.

      Ersatzschulen

      Wenn Privatschulen anerkannte Abschlüsse (zum Beispiel Abitur, Realschulabschluss, Wirtschaftsschulabschluss) vergeben wollen oder durch ihren Besuch die Schulpflicht erfüllt werden soll, handelt es sich um Ersatzschulen, deren Besuch den Besuch einer entsprechenden öffentlichen Schule ersetzt. Ersatzschulen bedürfen einer eigenen staatlichen Anerkennung oder Genehmigung und sind der staatlichen Aufsicht unterworfen.

      Solche Privatschulen erhalten eine staatliche Refinanzierung je nach Landesrecht. Die Pflicht zur Förderung der Privatschulen resultiert aus Art. 7 GG, üblich waren lange Zeit etwa 90 % der Personalkosten, die die Schule als öffentliche Schule erhielte.

      Mit Einsparungsbegründungen, oder aber um sich den eigenen Gestaltungsspielraum in der Schulnetzplanung zu erhalten oder zu erweitern, gibt es zuweilen staatliche Bestrebungen, den Schulen in freier Trägerschaft die Zuschüsse zu kürzen.[11][12]

      Aus Gründen der Vergleichbarkeit der Abschlüsse sollte die staatliche Kontrolle überall greifen, sie ist allerdings nicht überall gleich stark. So erhielten früher Lehrer an Ersatzschulen nur dann eine Unterrichtsgenehmigung, wenn ihre Ausbildung der Ausbildung vergleichbarer Lehrer an öffentlichen Schulen entsprach. Wegen Lehrermangels werden seit einigen Jahren auch Lehrkräfte ohne entsprechende Ausbildung eingesetzt, sofern dies ebenso an öffentlichen Schulen geschieht. Staatlich anerkannte Ersatzschulen führen in Eigenregie wie öffentliche Schulen die Abschlussprüfungen nach Vorgabe des jeweiligen Kultusministeriums durch, da sie mit der Anerkennung staatliche Hoheitsrechte übertragen bekommen haben. Genehmigte Ersatzschulen, in Nordrhein-Westfalen anerkannte Ergänzungsschulen, besitzen diese Hoheitsrechte nicht, ihre Schüler müssen daher sogenannte Externenprüfungen oder Nichtschülerprüfungen ablegen, um ein entsprechendes staatliches Zeugnis zu erhalten. Mitunter wird bei Prüfungen durch den Staat ein externer Prüfungsausschussvorsitzender, z. B. der für die Schule zuständige Schulrat, bestimmt. Genaue Regelungen treffen die einzelnen Länder.

      Ergänzungsschulen

      Ergänzungsschulen sind Schulen in freier Trägerschaft, die keine Ersatzschulen sind. Schüler, die eine Ergänzungsschule besuchen, erfüllen in der Regel nicht die umfangreichen Anforderungen der Schulpflicht. In einigen Ländern können Schüler, die eine Ergänzungsschule besuchen, von der Schulpflicht befreit werden. Die Ergänzungsschule kann nach Anzeige bei den Behörden als registrierte Privatschule geführt werden. In einem zweiten Schritt kann der angezeigten Schule unter bestimmten Voraussetzungen die staatliche Anerkennung als Ergänzungsschule erteilt werden.

      Ergänzungsschulen können auch neue Bildungsgänge entwickeln und anbieten. So finden sich insbesondere im Bereich der beruflichen Bildung viele Ergänzungsschulen, für die es keine Entsprechungen bei öffentlichen Schulen gibt, z. B. die einjährigen Höheren Berufsfachschulen, Sprachschulen, Schauspielschulen oder Dolmetscherschulen.

      Freie Unterrichtseinrichtungen

      Freie Unterrichtseinrichtungen sind keine öffentlichen Schulen oder Ersatzschulen, unterliegen aber der Schulaufsicht (vgl. etwa § 119 SchulG NRW).

      Finanzierung und steuerliche Berücksichtigung

      Privatschulen finanzieren sich überwiegenden Teil aus einem Finanzausgleich für die Ersatzschulen, der je nach Bundesland verschieden hoch ist. In Hamburg, Schleswig-Holstein und Hessen erhalten allgemeinbildende Privatschulen Finanzhilfen in Höhe von 85 % der Schülerkosten öffentlicher Schulen; „rechnet man Gebäudekosten und Rückstellungen ein, heißt es bei der ‚Arbeitsgemeinschaft Freier Schulen Hamburg‘, sind es sogar nur noch 65 Prozent.“[13] Die Finanzhilfen für private Ersatzschulen liegen bei 90 % bis 100 % der Schülerkosten öffentlicher Schulen. In Baden-Württemberg wurden die Finanzhilfen zum 1. August 2017 auf mindestens 80 % der Schülerkosten öffentlicher Schulen erhöht,[14] so dass sich die verbleibenden Kostenlücken, die mit Schulgeld gedeckt werden dürfen, weiter reduziert haben. An Grundschulen beträgt die Differenz nur noch 86 Ã¢Â‚¬.[15] In NRW, wo Finanzhilfen in Höhe von 94 % (für Förderschulen 98 % betragen) und in Rheinland-Pfalz hängen die Finanzhilfen von der Kostenfreiheit des Schulbesuchs ab. Allerdings wird auch dies von den Behörden nicht kontrolliert, wie WDR-Recherchen in NRW ergaben.[16] Als weitere Eigenleistungen, die neben Schulgeld dem privaten Engagement folgen müssen, kommen lt. Bundesverwaltungsgericht[17] beispielsweise Spenden an Schulfördervereinen[18], Zuschüsse finanzstarker Kräfte, die hinter dem Schulträger stehen und die Schule in einem weiteren Sinne tragen, aber auch die Aufnahme von Krediten in Betracht.

      Soweit die Beiträge der Eltern zur Deckung der laufenden Kosten des normalen Schulbetriebs dienen, handelt es sich um Leistungsentgelte, nicht um Spenden. Das gilt auch, wenn die Zahlungen über einen Förderverein an den Schulverein fließen.[19]

      Bis 2008 konnten in Deutschland 30 % der Kosten für Privatschulen ohne Begrenzung als Sonderausgaben geltend gemacht werden. Ab 2009 können weiterhin 30 % der Kosten, höchstens aber 5000 Euro pro Jahr und Kind geltend gemacht werden. Die steuerliche Absetzbarkeit von Betreuungskosten bleibt von der Änderung unberührt.[20]

      Laut Statistischem Bundesamt wurden im Jahr 2009 ca. 6,2 Mrd. Euro für Schülerinnen und Schüler an Schulen in freier Trägerschaft ausgegeben. Ein Großteil der Ausgaben entfiel dabei auf die Vergütung des Personals. Die Ausgaben je Schüler an allgemeinbildenden Schulen in freier Trägerschaft beliefen sich demnach auf 7000 Euro, an beruflichen Schulen in freier Trägerschaft auf 5400 Euro im Jahr 2009. Etwa 15 % der Mittel stammten dabei aus privaten Quellen (Elternbeiträge, Trägermittel, Fördervereine usw.). Der öffentliche Finanzierungsanteil belief sich auf 84 % (allgemeinbildende Schulen), wovon 78 % die Länder, 4 % die Gemeinden und 2 % der Bund zur Verfügung stellten.[21]

      Die Differenzen zwischen den von der öffentlichen Hand bereitgestellten schulartenspezifischen Förderbeträgen je Schüler im Vergleich zu den Ausgaben der Schüler einer entsprechenden öffentlichen Schule sind, sind unterschiedlich. Die über alle Schulformen gemittelte Differenz zwischen beiden Positionen betrugen 2011 zwischen 493 Euro pro Schüler in Brandenburg und 2949 Euro pro Schüler in Baden-Württemberg. Durch die Förderung der Privatschulen mit hohen Finanzhilfen kann sich der Staat von seinen Verpflichtung für das öffentliche Schulwesen zu sorgen, entlasten.[22] In 2011 haben sich die Bundesländer damit um rund 1,2 Milliarden Euro entlastet.[23]

      Grundsätzlich ist der Staat laut Rechtsprechung des Bundesverfassungsgerichts nur verpflichtet, das Existenzminimum der Institution Ersatzschule zu sichern.[24]

      Verbände

      Der Verband Deutscher Privatschulverbände (VDP) vertritt laut eigenen Angaben „freie Bildungseinrichtungen der Allgemein- und Berufsbildung, des Arbeitsmarktdienstleistungsbereichs, der Erwachsenenbildung und des tertiären Bereichs.“[25] Zusammen mit den beiden konfessionellen Privatschulverbänden, dem Bund der Freien Waldorfschulen und der Internate Vereinigung bildet der VDP die Arbeitsgemeinschaft Freier Schulen (AGFS).[26] Da Schulen in Deutschland Ländersache sind, agieren sie vor allem auf Landesebene.

      „Durch diese sind in der AGFS ca. 3.160 Schulen mit etwa 771.000 Schülerinnen und Schülern organisiert. Darunter an katholischen Schulen: 368.000 Schülerinnen und Schüler, an evangelischen Schulen: 148.000, an Schulen im VDP Verband Deutscher Privatschulverbände e. V.: 168.000, an Waldorfschulen: 81.000, an Landerziehungsheimen: 6.000. über den VDP gehören zu der Arbeitsgemeinschaft freier Schulen auch die 45 Schulen des Bundesverbands der Freien Alternativschulen. Damit repräsentiert die Arbeitsgemeinschaft freier Schulen fast alle allgemein bildenden Schulen in freier Trägerschaft in Deutschland sowie einen Großteil der berufsbildenden Schulen und Bildungseinrichtungen in freier Trägerschaft.“[27]

      Sonstiges

      Laut VDP besuchen von gut 11 Millionen Schülern in Deutschland ein Zwölftel eine freie Schule.
      Bildungsfachleute sind sich nicht einig, ob Privatschulen für die Gesellschaft mehr Vor- oder mehr Nachteile haben. Befürworter meinen, sie befriedigten besser die Bedürfnisse von Schülern und Eltern und gäben dem Bildungssystem positive Impulse. Kritiker meinen, sie spalteten die Gesellschaft.[28]

      Österreich

      Privatschulgesetz

      Privatschulen sind in Österreich nach dem Privatschulgesetz (PrivSchG) geregelt. Die grundsätzlichen Regeln gehen auf das Provisorische Gesetz über den Privatunterricht vom 27. Juni 1850[29][30] zurück.

      „Privatschulen sind Schulen, die von anderen als den gesetzlichen Schulerhaltern errichtet und erhalten werden.“

      – § 2 Begriffsbestimmungen PrivSchG, nach Art. 14 Abs. 6 und 7 des Bundes-Verfassungsgesetzes

      Aus dem Namen der Schule muss der Schulerhalter erkennbar sein, dieser darf nicht zur Verwechslung mit der Schulart einer öffentlichen Schule führen. Die Führung einer gesetzlich geregelten Schulartbezeichnung ist nur mit Bewilligung der zuständigen Schulbehörde zulässig und an gewisse Voraussetzungen bezüglich Lehrplan, Ausstattung, Schulbücher und Lehrbefähigung gebunden.

      Privatschulen gehören einem der folgenden Typen an:

      Die Privatschule ohne Öffentlichkeitsrecht erfordert eine Externisten-Prüfung, um ein anerkanntes Zeugnis zu erhalten.
      Die Privatschule mit Öffentlichkeitsrecht, welches erteilt werden kann, wenn
      sie in Typus und Erfolg einer öffentlich-rechtlichen Schule entspricht,
      sie mit einem vom Unterrichtsminister erlassenen oder genehmigten Organisationsstatut übereinstimmt (Statutschule mit Öffentlichkeitsrecht) und sich hinsichtlich ihrer Unterrichtserfolge bewährt hat. Darunter fallen beispielsweise einige Waldorfschulen, Montessorischulen und Internationale Schulen.

      Privatschulen können von der öffentlichen Hand subventioniert werden, Privatschulen von gesetzlich anerkannten Kirchen und Religionsgesellschaften im Allgemeinen immer (§ 17 PrivSchG Subventionierung konfessioneller Privatschulen–Anspruchsberechtigung), was nicht dem Konkordat in Bezug auf Religionsunterricht widerspricht, andere Schultypen unter anderem aber unter der Voraussetzung, dass sie im Sprengel einem Bedarf der Bevölkerung entsprechen, also nicht einer öffentlichen Schule den Einzug mindern (§ 21 PrivSchG Subventionierung von Privatschulen–Voraussetzungen).

      Im Schuljahr 2010/11 besuchten ca. 10 % der Schüler eine Privatschule. Den höchsten Anteil von 31,8 % gab es bei berufsbildenden mittleren Schulen, bei AHS waren es 15,8 %, bei berufsbildenden höheren Schulen 12,2 % und im Pflichtschulbereich (Volks-, Haupt-, Sonder- und Polytechnische Schulen) 10,1 %. Der weitaus wichtigste freie Schulträger ist die römisch-katholische Kirche in Österreich, deren Einrichtungen 53,2 % aller Privatschüler besuchen.[31] Dazu gehören beispielsweise aber auch ausländische, in Österreich nicht etablierte Schulformen für Diplomatenkinder.

      Schulen im Sinne dieses Gesetzes sind „Einrichtungen, in denen eine Mehrzahl von Schülern gemeinsam nach einem festen Lehrplan unterrichtet wird“ (§ 2 Z.1). Private Schulen, die diesem Profil nicht entsprechen, fallen nicht unter das Privatschulgesetz, sind also keine „Schulen“ im Sinne des Gesetzgebers. Da es in Österreich aber keine Schulpflicht, sondern nur eine Unterrichtspflicht gibt, ist die Anerkennung des Bildungsorts als Schule keine zwingende Voraussetzung: Diese Bildungsformen fallen unter Hausunterricht. Hierbei muss nur ein Nachweis über die Unterrichtung an sich und die Erfüllung der grundlegenden allgemeinen Lehrinhalte geführt werden.

      Darüber hinaus gibt es private nichtschulische Bildungseinrichtungen, die § 2 Abs. 1 des Schulorganisationsgesetzes entsprechen und sich seit 2006 nach dem Niederlassungs- und Aufenthaltsgesetz vom Innenministerium zertifizieren lassen können, was bei der Erlangung eines Aufenthaltsstatus für ihre Schüler aus Drittstaaten behilflich ist. Diese Einrichtungen sind verpflichtet, über Personen Meldung zu erstatten, wenn die Ausbildung abgeschlossen ist oder die Fortsetzung der Ausbildung nicht zu erwarten ist.[32] Die zertifizierten Bildungseinrichtungen werden im Internet veröffentlicht.[33] Darunter sind Einrichtungen wie das Österreichische Studienzentrum für Frieden und Konfliktlösung, die Ballettschule Wiener Staatsoper oder die Aviation Academy Austria der Österreichischen Luftfahrttraining GmbH.

      Großbritannien

      7 % der britischen Schulkinder gehen in Public Schools, deren Kosten mitunter höher sind als ein durchschnittliches Jahresgehalt. Die Bezeichnung Public School geht auf Stipendien zurück, die ein hoher Prozentsatz der Schüler bezieht und die anders als früher ganz überwiegend die akademische Leistung würdigen. Überhaupt zählt diese heute am meisten; im 18. und 19. Jahrhundert hatten Adelige ihre Kinder in Public Schools geschickt unter der Prämisse, dass diese es nie nötig haben sollten, selbst etwas zu verdienen. Im 19. Jahrhundert wies der Lehrplan von Eton College etwa die Fächer alte Sprachen (Latein und Griechisch), Mathematik und neue Sprachen im Verhältnis 15:3:1 auf.[34]

      Italien

      Zur Situation der Privatschulen in Italien siehe Privatschulen in Italien.

      Schweiz

      In der Schweiz sind die häufigsten Privatschulen Steiner-Schulen. Weiterhin gibt es Bildungseinrichtungen, in denen Menschen ihre Matura nachholen oder sich auf eine bestimmte Eintrittsprüfung vorbereiten können.

      Grundsätzlich kann jede Person in der Schweiz eine Privatschule eröffnen. Qualitätsstandards und andere Vorschriften gibt es keine, solange die Schule keine staatlichen Gelder erhält und auch keine Kinder innerhalb der obligatorischen Schulzeit unterrichtet. Die Interessen der schweizerischen Privatschulen, die sich teilweise auf eine internationale Klientel stützen, werden durch deren Verband VSP wahrgenommen. Im VSP sind praktisch alle bekannten Schweizer Privatschulen Mitglied.

      USA

      Siehe auch: Bildungssystem in den Vereinigten Staaten

      Frühe amerikanische Eliteinternate waren puritanisch und antienglisch orientiert. Hierzu gehörten die sogenannten Akademien, namentlich Andover, Exeter, Deerfield und Milton, die bereits im 18. Jahrhundert gegründet worden waren.[35]

      Innerhalb der Independent School League werden in Neuengland renommierte Knabenschulen aus dem mittleren bis späten 19. Jahrhundert zusammengefasst. Dem Bekenntnis nach zumeist der Episkopalkirche der Vereinigten Staaten von Amerika zugeneigt, kamen die Schüler vor allem aus reichen Familien. Die Schulen orientieren sich am Vorbild bekannter englischer Public Schools wie Eton College oder Harrow School.[35]

      Siehe auch

      Private Hochschule

      Literatur

      Hermann Avenarius, Bodo Pieroth, Tristan Barczak: Die Herausforderung des öffentlichen Schulwesens durch private Schulen – eine Kontroverse. Die Freien Schulen in der Standortkonkurrenz. Nomos, Baden-Baden 2012.
      Christian Füller: Ausweg Privatschulen? Was sie besser können, woran sie scheitern. Edition Körber-Stiftung, Hamburg 2010
      Matthias Hofmann: Alternativschulen – Alternativen zur Schule. Klemm u. Oelschläger, Ulm 2015, ISBN 978-3-86281-086-4.
      Matthias Hofmann: Geschichte und Gegenwart freier Alternativschulen. Eine Einführung. Klemm u. Oelschläger, Ulm 2015, ISBN 978-3-86281-057-4.
      Peter Metz: „Schulen auf besonnter Höhe“. Gründung und Entwicklung von alpinen Mittelschulen in der Schweiz. Tardis Verlag, Chur 2019, ISBN 978-3-9525049-0-1. [Behandelt private Mittelschulen.]
      Reiner Tillmanns: Die Freiheit der Privatschulen nach dem Grundgesetz. In: Heft 62 der Gelben Reihe Pädagogik und freie Schule, Köln 2006
      Zeitschrift für Pädagogik, Heft 5, September/Oktober 2009: Thementeil: Privatschulen
      Recht der Jugend und des Bildungswesens (RdJB), 3/2009, Schwerpunkt: Aufsätze zu Fragen des Privatschulrechts

      Weblinks

      Wiktionary: Privatschule Ã¢Â€Â“ Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
      BundesArbeitsGemeinschaft Freier Schulen (AGFS) – mit Links zu den fünf Mitgliedern, den Privatschulverbänden AKS, AKES, BFW, VDP und LEH
      Bundesverband der Freien Alternativschulen (BFAS) (nicht Mitglied in der AGFS)

      Einzelnachweise

      ↑ Gundel Schümer, Manfred Weiß: Bildungsökonomie und Qualität der Schulbildung – Kommentar zur bildungsökonomischen Auswertung von Daten aus internationalen Schulleistungsstudien. (PDF; 904 kB) In: gew.de

      ↑ Friedrich-Ebert-Stiftung (Hrsg.): Studie: Privatschulen nicht besser als öffentliche. (fes.de [abgerufen am 9. Juni 2018]). 

      ↑ Robert Renner: VDP – Verband Deutscher Privatschulverbände e. V. – Anzahl der Privatschulen weiter gestiegen. Abgerufen am 27. Mai 2018 (deutsch). 

      ↑ Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung: PISA 2006 – Schulleistungen im internationalen Vergleich – Naturwissenschaftliche Kompetenzen für die Welt von Morgen. 2007. Bertelsmann Verlag, S. 269

      ↑ Arnold Köpcke-Duttler: Stellung von Schulen in freier Trägerschaft. (PDF; 39 kB) u. a. zum Begriff „Privatschule“

      ↑ Christian Füller: Schulen müssen frei arbeiten. In: taz.de – Interview mit Kurt Wilhelmi von der Berliner Volksinitiative Schule in Freiheit

      ↑ Genehmigung von Privatschulen: Bundesländer missachten Grundgesetz. WZB, 27. Mai 2018, abgerufen am 27. Mai 2018. 

      ↑ Bundesamt für Statistik: Private Schulen (Fachserie 11 Reihe 1.1). Archiviert vom Original am 11. Juni 2011; abgerufen am 2. September 2015 (Angaben über Schulen, Klassen, Schüler, Absolventen/Abgänger und Lehrkräfte an privaten Schulen des Bundesamtes für Statistik Schuljahr 2009/2010). 

      ↑ Stefani Hergert: Die Unternehmer-Schulen. In: Handelsblatt. 9. April 2013, ISSN 0017-7296, S. 25. 

      ↑ Martin Spiewak: Goldene Zeiten bei den Privaten. In: Die Zeit, Nr. 12/2018

      ↑ Zeugnis fehlenden Instinkts – Sachsens Kultusminister hat den Freien Schulen einen Krieg erklärt, den er nur verlieren kann. In: Die Zeit, Nr. 44/2010

      ↑ Damit’s bunt bleibt. „Ja“ zu Freien Schulen! (Memento vom 3. September 2010 im Internet Archive) In: ja-zu-freien-schulen.de – Protestaktion 2010 in Sachsen unter Federführung der Schulstiftung der Evangelisch-Lutherischen Landeskirche Sachsens

      ↑ Felix Neumann: Schuldzuweisungen reichen nicht. In: katholisch.de. 4. Juli 2018, abgerufen am 5. Juli 2018. 

      ↑ Gesetzntwurf zur Änderung des Privatschulgesetzes und anderer Vorschriften. (PDF, 242 kB) In: Beteiligungsportal Baden-Württemberg.de. 19. Mai 2017, S. 5, abgerufen am 27. Mai 2018. 

      ↑ Gesetzentwurf der Landesregierung: Gesetz zur Änderung des Privatschulgesetzes und dessen Vollzugsverordnung, Drucksache 16 / 2333. (PDF, 178 kB) Landtag von Baden-Württemberg, 11. Juli 2017, S. 15, abgerufen am 27. Mai 2018. 

      ↑ Torsten Reschke: Privatschulen: Wie freiwillig sind Elternbeiträge wirklich? In: Westpol. 10. September 2017, archiviert vom Original am 12. Juni 2018; abgerufen am 27. Mai 2018. 

      ↑ BVerwG 6 C 18.10, Urteil vom 14. Dezember 2011. Bundesverwaltungsgericht, abgerufen am 27. Mai 2018. 

      ↑ Abschnitt „Wie finanzieren sich Privatschulen?“ Verband Deutscher Privatschulverbände e. V., abgerufen am 2. März 2009. 

      ↑ BFH, Beschluss vom 20. Juli 2006. Az. XI B 51/05, Volltext.

      ↑ Barbara Brandstetter: Wie sich der Staat am Schulgeld beteiligt. In: Welt Online. 13. Februar 2009, abgerufen am 2. März 2009. 
      Steuererklärung: das Wichtigste in Kürze. (Nicht mehr online verfügbar.) In: Mindener Tageblatt. 28. Januar 2009, ehemals im Original; abgerufen am 2. März 2009.@1@2Vorlage:Toter Link/www.mt-online.de (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven)  

      ↑ Finanzen der Schulen – Schulen in freier Trägerschaft und Schulen des Gesundheitswesens. (PDF) Statistisches Bundesamt, 14. Juni 2012, abgerufen am 1. Juli 2012. 

      ↑ Theodor Heuss: Beschluss Privatschulfinanzierung I, Bundesverfassungsgericht 75, 40. 8. April 1987, abgerufen am 27. Mai 2018: „Im Urteil genanntes Zitat des Abgeordneten Th. Heuss, zum GG Art. 7 IV 1: „Um der Sorge vorzubeugen, daß in irgendeinem Land das Staatsmonopol ausgesprochen werden soll, habe ich die Hinzufügung des Satzes beantragt: das Recht zur Errichtung der Privatschulen werde gewährleistet. Dabei möchte ich um Gottes willen nicht in Verlegenheit kommen, irgendwie mit dem Vorschlag, den der Kollege Dr. Seebohm seinerzeit gemacht hat, in Berührung gebracht zu werden, daß der Staat für diese Privatschulen so viel Kosten bezahlen muß, als ihm auf die einzelnen Schüler berechnet abgenommen wird. Denn das wäre geradezu eine Prämiierung für solche Schulen, würde ihnen ihren Leistungscharakter der Freiwilligkeit nehmen und den Staat gleichzeitig von seiner verdammten Pflicht, für das Bildungswesen der Deutschen nach bestem Gewissen zu sorgen, allzusehr entlasten.““ 

      ↑ Helmut E. Klein: Privatschulfinanzierung im Kalkül staatlicher Unterfinanzierung und der Wettbewerbsbeschränkung. (PDF, 425 kB) Institut der deutschen Wirtschaft, Juni 2011, archiviert vom Original am 1. September 2014; abgerufen am 5. Juli 2018. 

      ↑ Bundesverfassungsgericht, 1. Senat: Bundesverfassungsgericht – Entscheidungen – Zur Zulässigkeit von Landeskinderklauseln in Privatschulgesetzen der Länder sowie zum Umfang der staatlichen Pflicht, private Ersatzschulen finanziell zu fördern (Fortführung von BVerfGE 75, 40 und BVerfGE 90, 107) - Ã‚§ 17 Abs 4 S 1 PrSchulG BR idF vom 19. Dezember 1989 sowohl mit Art 7 Abs 4 GG als auch mit Art 3 Abs 1 GG vereinbar. 23. November 2004, abgerufen am 27. Mai 2018. 

      ↑ privatschulen.de

      ↑ BundesArbeitsGemeinschaft Freier Schulen

      ↑ agfs.org (abgerufen 24. Juni 2013)

      ↑ Privatschulen sind Fluch und Segen für das Bildungssystem. In: FAZ.net, 24. Juni 2013.

      ↑ RGBl. 309/1850: Kaiserliche Verordnung vom 27. Juni 1850, wirksam für sämmtliche Kronländer der Monarchie, wodurch ein provisorisches Gesetz über den Privatunterricht erlassen und vom Tage seiner Kundmachung angefangen in Wirksamkeit gesetzt wird. In: Allgemeines Reichs-Gesetz- und Regierungsblatt für das Kaiserthum Österreich, 101. Stück, Ausgegeben und versendet am 3. August 1850, S. 1271 (Online bei ALEX – Historische Rechts- und Gesetzestexte Online)

      ↑ Leo von Thun und Hohenstein: Vortrag des Ministers des Cultus und Unterrichtes, betreffend das provisorische Gesetz über den Privatunterricht. In: J. G. Seidl, H. Bonitz, J. Mozart (Hrsg.): Zeitschrift für die österreichischen Gymnasien. Band 1. Carl Gerold, Wien 1850, S. 534 (Scan in der Google-Buchsuche [abgerufen am 20. März 2013] Vortrag vom 6. Juni 1850). 

      ↑ Privatschule als Ausweg aus dem Reformstau. Abgerufen am 15. Mai 2015. 

      ↑ Tuma: Zertifizierung von nichtschulischen Bildungseinrichtungen (PDF; 30 kB), 4. Jänner 2006, Bundesministerium für Inneres

      ↑ bmi.gv.at

      ↑ Privatschulen in England. In: FAZ, 27. Juni 2009, S. Z1,2.

      ↑ a b Cookson, Persell: Preparing for Power: America’s Elite Boarding Schools (Basic Books, 1985).

      Normdaten (Sachbegriff): GND: 4130059-2 (OGND, AKS)

      Abgerufen von „https://de..org/w/index.php?title=Privatschule&oldid=208594154“
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        Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen sind unter Photovoltaik (Begriffsklärung) aufgeführt.

        Verschiedene Dächer mit Photovoltaikanlagen in Oberstdorf
        Global kumulierte Photovoltaik-Leistung

        Unter Photovoltaik bzw. Fotovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Lichtenergie, meist aus Sonnenlicht, mittels Solarzellen in elektrische Energie. Seit 1958 wird sie in der Raumfahrt genutzt, später diente sie auch zur Energieversorgung einzelner elektrischer Geräte wie Taschenrechnern oder Parkscheinautomaten. Heute ist mit großem Abstand die netzgebundene Stromerzeugung auf Dachflächen und als Freiflächenanlage das wichtigste Anwendungsgebiet, um konventionelle Kraftwerke zu ersetzen.

        Der Begriff leitet sich aus dem griechischen Wort für „Licht“ (φῶς, phos, im Genitiv: φωτός, photos) sowie aus der Einheit für die elektrische Spannung, dem Volt (nach Alessandro Volta) ab. Die Photovoltaik ist ein Teilbereich der Solartechnik, die weitere technische Nutzungen der Sonnenenergie einschließt.

        Ende 2018 waren weltweit Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von mehr als 500 GW installiert.[1] Zwischen 1998 und 2015 stieg die weltweit installierte Photovoltaik-Leistung mit einer Wachstumsrate von durchschnittlich 38 % pro Jahr.[2] Nach einer 2019 erschienenen Arbeit in Science wird erwartet, dass die installierte Leistung bis 2030 ca. 10.000 GW erreicht und 2050 bei 30.000 bis 70.000 GW liegen könnte.[1] 2014 betrug der weltweite Marktanteil von kristallinen Siliziumzellen etwa 90 %. Prognosen gehen davon aus, dass Siliziumzellen auch langfristig die dominierende Photovoltaik-Technologie bleiben und gemeinsam mit Windkraftanlagen die „Arbeitspferde“ der Energiewende sein werden.[3]

        Die Photovoltaik galt lange als die teuerste Form der Stromerzeugung mittels erneuerbaren Energien; eine Sicht, die mittlerweile durch die starken Kostensenkungen der Anlagenkomponenten jedoch überholt ist.[4] Von 2011 bis 2017 sind die Kosten der Stromerzeugung aus Photovoltaik um fast 75 % gefallen. In den USA sind bei Solarparks Vergütungen von unter 5 US-Cent/kWh (4,2 Euro-Cent/kWh) üblich (Stand 2017); ähnliche Werte waren zu diesem Zeitpunkt unter günstigen Umständen auch in anderen Staaten möglich. In mehreren Staaten wurden in Ausschreibungen Rekordwerte von 3 US-Cent/kWh (2,5 Euro-Cent/kWh) erreicht.[5] 2020 wurden mehrere Solarparks vergeben, bei denen die Vergütung deutlich unter 2 US-Cent/kWh liegt. Das mit Stand April 2020 günstigste bezuschlagte Angebot liegt bei 1,35 US-Cent/kWh (1,14 ct/kWh) für einen Solarpark in Abu Dhabi.[6] Auch in Deutschland liegen die Stromgestehungskosten von neu errichteten Photovoltaik-Großanlagen seit 2018 niedriger als bei allen anderen fossilen oder erneuerbaren Energien.[7]

        Bereits 2014 lagen die Stromgestehungskosten der Photovoltaik in bestimmten Regionen der Erde auf gleichem Niveau oder sogar niedriger als bei fossilen Konkurrenten. Inklusive Speicher, die bei hohem Anteil der Photovoltaik am Strommix notwendig werden, waren die Kosten zu diesen Zeitpunkt jedoch noch höher als bei fossilen Kraftwerken.[8] Allerdings wäre Solarstrom auch zu diesem Zeitpunkt bereits konkurrenzfähig gewesen, wenn die externen Kosten der fossilen Stromerzeugung (d. h. Umwelt-, Klima- und Gesundheits­schäden) mit berücksichtigt worden wären; tatsächlich waren sie jedoch nur zum Teil internalisiert.[9]

        Inhaltsverzeichnis

        1 Geschichte der Photovoltaik

        1.1 Schreibweise

        2 Technische Grundlagen

        2.1 Funktionsprinzip
        2.2 Nennleistung und Ertrag
        2.3 Montagesysteme

        2.3.1 Aufdach- / Indach-Montage
        2.3.2 Freiflächen-Montage

        2.4 Entwicklungen

        3 Nutzung

        3.1 Weltweites Nutzungspotenzial
        3.2 Absatzentwicklung
        3.3 Einsatzfelder

        3.3.1 Doppelte Flächennutzung

        4 Wirkungsgrad

        4.1 Performance Ratio
        4.2 Verschmutzung und Reinigung

        5 Integration in das Energiesystem

        5.1 Schwankung des Angebots
        5.2 Übertragung
        5.3 Energiespeicherung

        5.3.1 Inselanlage
        5.3.2 Verbundanlage

        5.4 Versorgungssicherheit

        6 Wirtschaftlichkeit

        6.1 Volkswirtschaftliche Betrachtung
        6.2 Betriebswirtschaftliche Betrachtung

        6.2.1 Anschaffungskosten und Amortisationszeit
        6.2.2 Stromgestehungskosten
        6.2.3 Modulpreise

        6.3 Weitere Entwicklung

        6.3.1 Deutschland
        6.3.2 USA

        7 Umweltauswirkungen

        7.1 Produktion
        7.2 Betrieb
        7.3 Treibhausgasbilanz
        7.4 Energetische Amortisation
        7.5 Flächenverbrauch
        7.6 Solarstrahlungsbilanz von PV-Modulen
        7.7 Recycling von PV-Modulen

        8 Staatliche Behandlung

        8.1 Deutschland

        8.1.1 Förderprogramme
        8.1.2 Steuerliche Behandlung
        8.1.3 Dämpfender Effekt auf die Börsenstrompreise

        8.2 Österreich
        8.3 China
        8.4 Japan
        8.5 Rumänien
        8.6 Schweiz
        8.7 Sierra Leone

        9 Literatur
        10 Weblinks
        11 Einzelnachweise

        Geschichte der Photovoltaik

        Dem Sonnenstand nachgeführte Photovoltaikanlage in Berlin-Adlershof
        Verkauf von Solaranlagen in Ouagadougou, Burkina Faso
        → Hauptartikel: Geschichte der Photovoltaik

        Die Photovoltaik basiert auf der Fähigkeit bestimmter Materialien, Licht direkt in Strom umzuwandeln. Der Photoelektrische Effekt wurde bereits im Jahre 1839 von dem französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt. Dieser wurde daraufhin weiter erforscht, wobei insbesondere Albert Einstein mit seiner 1905 erschienenen Arbeit zur Lichtquantentheorie großen Anteil an dieser Erforschung hatte, für die er 1921 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde. 1954 gelang es, die ersten Silizium­solarzellen mit Wirkungsgraden von bis zu 6 % zu produzieren.[10] Die erste technische Anwendung wurde 1955 bei der Stromversorgung von Telefonverstärkern gefunden. In Belichtungsmessern für die Photographie fand Photovoltaik weite Verbreitung.

        Seit Ende der 1950er Jahre werden Photovoltaikzellen in der Satellitentechnik verwendet; als erster Satellit mit Solarzellen startete Vanguard 1 am 17. März 1958 in die Erdumlaufbahn und blieb bis 1964 in Betrieb. In den 1960er und 1970er Jahren führte die Nachfrage aus der Raumfahrt zu Fortschritten in der Entwicklung von Photovoltaikzellen, während Photovoltaikanlagen auf der Erde nur für bestimmte Inselanlagen eingesetzt wurden.[11]

        Ausgelöst durch die Ölkrise von 1973/74 sowie später verstärkt durch die Nuklearunfälle von Harrisburg und Tschernobyl setzte jedoch ein Umdenken in der Energieversorgung ein. Seit Ende der 1980er Jahre wurde die Photovoltaik in den USA, Japan und Deutschland intensiv erforscht; später kamen in vielen Staaten der Erde finanzielle Förderungen hinzu, um den Markt anzukurbeln und die Technik mittels Skaleneffekten zu verbilligen. Infolge dieser Bemühungen stieg die weltweit installierte Leistung von 700 MWp im Jahr 2000 auf 177 GWp im Jahr 2014 an[11] und wächst stetig weiter.

        Schreibweise

        Üblicherweise wird die Schreibung Photovoltaik und die Abkürzung PV angewendet. Seit der deutschen Rechtschreibreform ist die Schreibweise Fotovoltaik die neue Hauptform und Photovoltaik eine weiterhin zulässige alternative Schreibung. Im deutschen Sprachraum ist die alternative Schreibweise Photovoltaik die gebräuchliche Variante. Auch im internationalen Sprachgebrauch ist die Schreibweise PV üblich.[12] Für technische Fachgebiete ist die Schreibweise in der Normung (hier ebenfalls Photovoltaik) ein wesentliches Kriterium für die anzuwendende Schreibweise.

        Technische Grundlagen

        Zur Energiewandlung wird der photoelektrische Effekt von Solarzellen genutzt, die ihrerseits wiederum zu so genannten Solarmodulen verbunden werden. Die erzeugte Elektrizität kann direkt genutzt, in Stromnetze eingespeist oder in Akkumulatoren gespeichert werden. Vor der Einspeisung in Wechselspannungs-Stromnetze wird die erzeugte Gleichspannung von einem Wechselrichter umgewandelt. Das System aus Solarmodulen und den anderen Bauteilen (Wechselrichter, Stromleitung) wird als Photovoltaikanlage bezeichnet.

        Funktionsprinzip

        Photovoltaik-Funktionsprinzip am Beispiel einer Silizium-Solarzelle (Erläuterungen zu den Ziffern s. Text)

        Photovoltaik-Funktionsprinzip am Beispiel einer Silizium-Solarzelle.[13] Silizium ist ein Halbleiter. Die Besonderheit von Halbleitern ist, dass durch zugeführte Energie (z. B. in Form von Licht bzw. elektromagnetischer Strahlung) in ihnen freie Ladungsträger erzeugt werden können.[14]

        Die obere Siliziumschicht ist mit Elektronendonatoren (Elektronenspendern – z. B. Phosphoratomen) durchsetzt – negativ dotiert. Hier gibt es zu viele Elektronen (n-Schicht).
        Die untere Siliziumschicht ist mit Elektronenakzeptoren (Elektronenempfänger – z. B. Boratomen) durchsetzt – positiv dotiert. Hier gibt es zu wenige Elektronen, also zu viele Fehlstellen oder Löcher (p-Schicht).
        Im Grenzbereich der beiden Schichten binden sich die überschüssigen Elektronen der Elektronenspender locker an die Fehlstellen der Elektronen-Akzeptoren (sie besetzen die Fehlstellen im Valenzband) und bilden eine neutrale Zone (p-n-Übergang).
        Da nun oben Elektronen- und unten Fehlstellenmangel herrscht, bildet sich zwischen der oberen und unteren Kontaktfläche ein ständig vorhandenes elektrisches Feld.
        Photonen (Lichtquanten, „Sonnenstrahlen“) gelangen in die Übergangsschicht.
        Photonen mit ausreichender Energiemenge übertragen in der neutralen Zone ihre Energie an die locker gebundenen Elektronen im Valenzband der Elektronen-Akzeptoren. Das löst diese Elektronen aus ihrer Bindung und hebt sie ins Leitungsband. Viele dieser freien Ladungsträger (Elektron-Loch-Paare) verschwinden nach kurzer Zeit durch Rekombination wieder. Einige Ladungsträger driften – bewegt vom elektrischen Feld – zu den Kontakten in die gleichartig dotierten Zonen (s. o.); d. h. die Elektronen werden von den Löchern getrennt, die Elektronen driften nach oben, die Löcher nach unten. Eine Spannung und ein nutzbarer Strom entstehen, solange weitere Photonen ständig freie Ladungsträger erzeugen.
        Der „Elektronen“-Strom fließt durch den „äußeren Stromkreis“ zur unteren Kontaktfläche der Zelle und rekombiniert dort mit den zurückgelassenen Löchern.

        Nennleistung und Ertrag

        Strahlungsatlas aufgrund von Satellitendaten aus den Jahren 1991–1993
        Solarstrahlungspotenzial in Europa

        Die Nennleistung von Photovoltaikanlagen wird häufig in der Schreibweise Wp (Watt Peak) oder kWp angegeben und bezieht sich auf die Leistung bei Testbedingungen, die in etwa der maximalen Sonnenstrahlung in Deutschland entsprechen. Die Testbedingungen dienen zur Normierung und zum Vergleich verschiedener Solarmodule. Die elektrischen Werte der Bauteile werden in Datenblättern angegeben. Es wird bei 25 Ã‚°C Modultemperatur, 1000 W/m² Bestrahlungsstärke und einer Luftmasse (abgekürzt AM von englisch air mass) von 1,5 gemessen. Diese Standard-Testbedingungen (meist abgekürzt STC von englisch standard test conditions) wurden als internationaler Standard festgelegt. Können diese Bedingungen beim Testen nicht eingehalten werden, so muss aus den gegebenen Testbedingungen die Nennleistung rechnerisch ermittelt werden.

        Zum Vergleich: Die Strahlungsstärke der Sonne im erdnahen Weltall (Solarkonstante) beträgt im Mittel 1367 W/m². (Am Boden kommen bei klarem Wetter ca. 75 % dieser Energie an.)

        Ausschlaggebend für die Dimensionierung und die Amortisation einer Photovoltaikanlage ist neben der Spitzenleistung vor allem der Jahresertrag, also die Menge der gewonnenen elektrischen Energie. Die Strahlungsenergie schwankt tages-, jahreszeitlich und wetterbedingt. So kann eine Solaranlage in Deutschland im Juli gegenüber dem Dezember einen bis zu zehnmal höheren Ertrag aufweisen. Tagesaktuelle Einspeisedaten mit hoher zeitlicher Auflösung sind für die Jahre ab 2011 im Internet frei zugänglich.[15]

        Der Ertrag pro Jahr wird in Wattstunden (Wh) oder Kilowattstunden (kWh) gemessen. Standort und Ausrichtung der Module sowie Verschattungen haben wesentlichen Einfluss auf den Ertrag, wobei in Mitteleuropa Dachneigungen von 30 – 40° und Ausrichtung nach Süden den höchsten Ertrag liefern.[16] An der maximalen Sonnenhöhe (Mittagssonne) orientiert, sollte in Deutschland bei einer Festinstallation (ohne Nachführung) die optimale Neigung im Süden des Landes ca. 32°, im Norden ca. 37° betragen.[17] Praktisch empfiehlt sich ein etwas höherer Neigungswinkel, da dann sowohl zweimal am Tag (am Vormittag und am Nachmittag) als auch zweimal im Jahr (im Mai und im Juli) die Anlage optimal ausgerichtet ist. Bei Freiflächenanlagen werden deshalb in aller Regel derartige Ausrichtungen gewählt. Zwar lässt sich die über das Jahr verteilte, durchschnittliche Sonnenhöhe und damit die theoretisch optimale Neigung für jeden Breitengrad exakt berechnen,[18] jedoch ist entlang eines Breitengrades die tatsächliche Einstrahlung durch verschiedene, meist geländeabhängige Faktoren unterschiedlich (z. B. Verschattung oder besondere lokale Wetterlagen). Da auch die anlagenabhängige Effektivität bezüglich des Einstrahlungswinkels unterschiedlich ist, muss die optimale Ausrichtung im Einzelfall standort- und anlagenbezogen ermittelt werden. Bei diesen energetischen Untersuchungen wird die standortbezogene Globalstrahlung ermittelt, welche neben der direkten Sonneneinstrahlung auch die über Streuung (z. B. Wolken) oder Reflexion (z. B. in der Nähe befindliche Hauswände oder den Erdboden) einfallende Diffusstrahlung umfasst.

        Der spezifische Ertrag ist als Wattstunden pro installierter Nennleistung (Wh/Wp bzw. kWh/kWp) pro Zeitabschnitt definiert und erlaubt den einfachen Vergleich von Anlagen unterschiedlicher Größe. In Deutschland kann man bei einer einigermaßen optimal ausgerichteten fest installierten Anlage pro Modulfläche mit 1 kWp mit einem Jahresertrag von ca. 1.000 kWh rechnen, wobei die Werte zwischen etwa 900 kWh in Norddeutschland und 1150 kWh in Süddeutschland schwanken.[19]

        Montagesysteme

        Aufdach- / Indach-Montage

        Hausdach mit Photovoltaikanlage zur Strom- und Sonnenkollektor für Warmwassererzeugung

        Bei den Montagesystemen wird zwischen Aufdach-Systemen und Indach-Systemen unterschieden. Bei einem Aufdach-System für geneigte Hausdächer wird die Photovoltaik-Anlage mit Hilfe eines Montagegestells auf dem Dach befestigt. Diese Art der Montage wird am häufigsten gewählt, da sie für bestehende Dächer am einfachsten umsetzbar ist.

        Bei einem Indach-System ist eine Photovoltaik-Anlage in die Dachhaut integriert und übernimmt deren Funktionen wie Dachdichtigkeit und Wetterschutz mit. Vorteilhaft bei solchen Systemen sind die optisch attraktivere Erscheinung sowie die Einsparung einer Dachdeckung, sodass der höhere Montageaufwand oftmals kompensiert werden kann.[20]

        Die Aufdach-Montage eignet sich neben Ziegeldächern auch für Blechdächer, Schieferdächer oder Wellplatten. Ist die Dachneigung zu flach, können spezielle Haken diese bis zu einem gewissen Grad ausgleichen. Die Installation eines Aufdach-Systems ist in der Regel einfacher und preisgünstiger als die eines Indach-Systems. Ein Aufdach-System sorgt zudem für eine ausreichende Hinterlüftung der Solarmodule. Die Befestigungsmaterialien müssen witterungsbeständig sein.[21]

        Eine weitere Form ist die Flachdachmontage. Da Flachdächer gar nicht oder nur leicht geneigt sind, werden durch das Montagesystem die Module zwischen 6 und 13° angewinkelt. Häufig wird auch eine Ost-West-Neigung genutzt, um eine höhere Flächenausnutzung zu erreichen. Um die Dachhaut nicht zu beschädigen, wird bei ausreichender Traglast das Montagesystem durch Ballastierung befestigt.[22]

        Das Indach-System eignet sich bei Dachsanierungen und Neubauten, ist jedoch nicht bei allen Dächern möglich. Ziegeldächer erlauben die Indach-Montage, Blechdächer oder Bitumen­dächer nicht. Auch die Form des Dachs ist maßgebend. Die Indach-Montage ist nur für ausreichend große Schrägdächer mit günstiger Ausrichtung zur Sonnenbahn geeignet. Generell setzen Indach-Systeme größere Neigungswinkel voraus als Aufdach-Systeme, um einen ausreichenden Regenwasserabfluss zu ermöglichen. Indach-Systeme bilden mit der übrigen Dacheindeckung eine geschlossene Oberfläche und sind daher aus ästhetischer Sicht attraktiver. Zudem weist ein Indach-System eine höhere mechanische Stabilität gegenüber Schnee- und Windlasten auf. Die Kühlung der Module ist jedoch weniger effizient als beim Aufdach-System, was die Leistung und den Ertrag etwas verkleinert. Eine um 1 Ã‚°C höhere Temperatur reduziert die Modulleistung um ca. 0,5 %.[23]

        Freiflächen-Montage

        Bei den Montagesystemen für Freiflächen-Anlagen wird zwischen Festaufständerung und Trackingsystemen unterschieden. Bei der Festaufständerung wird abhängig vom Untergrund ein Stahl- oder Aluminiumgestell durch Rammung im Boden verankert oder auf Betonblöcken verschraubt; der Winkel der Module wird nach der Montage nicht mehr verändert.

        Trackingsysteme folgen dem Sonnenverlauf, um immer eine optimale Ausrichtung der Module zu gewährleisten. Dadurch erhöht sich die Ausbeute, aber es erhöhen sich auch die Investitionskosten sowie die Betriebskosten für Wartung und die benötige Energie für die Nachführung. Es wird unterschieden zwischen einachsiger Nachführung – entweder nur horizontal (Das Panel folgt dem Sonnenstand vom Sonnenaufgang bis zum -untergang von Ost nach West.) oder nur vertikal (Das nach Süden ausgerichtete Panel dreht sich je nach Höhe der Sonne über dem Horizont.) und der zweiachsigen Nachführung – horizontal und vertikal. Dadurch erhöhen sich die Erträge gegenüber der Festaufständerung: in mitteleuropäischen Breitengraden bei nur einachsiger Nachführung um ungefähr 20 % und bei zweiachsiger Nachführung um über 30 %.[24]

        Eine weitere Form der Freiflächen-Montage ist die schwimmende Montage auf Gewässern, wobei die Module auf Kunststoff-Schwimmkörpern montiert werden. Durch den kühlenden Effekt des Wassers steigt die Ausbeute allerdings. Die Investitionskosten sind 20–25 % höher als bei herkömmlicher Montage.[25] Das Fraunhofer-Institut schätzt das Potenzial für schwimmende PV-Anlagen alleine auf 25 % der durch Braunkohleabbau zerstörten Flächen auf 55 GWp, wenn diese geflutet werden.[26]

        In Baden-Württemberg wurde 2020 eine Anlage mit senkrechter Aufstellung der Module in Betrieb genommen.[27]

        Entwicklungen

        → Hauptartikel: Solarzelle

        Bisher basiert der Großteil der Photovoltaikanlagen weltweit auf Siliziumtechnik. Daneben konnten verschiedene Dünnschichttechnologien Marktanteile gewinnen. So finden auch weitere Halbleiter Verwendung wie Cadmiumtellurid oder Galliumarsenid. Bei sogenannten Tandem-Solarzellen kommen Schichten unterschiedlicher Halbleiter zur Anwendung.

        Als sehr aussichtsreich wird aufgrund der günstigen Herstellung die Entwicklung von Solarmodulen auf Perowskit-Basis beurteilt. Die Zellen können deutlich dünner als Siliziumzellen gebaut werden. Problematisch ist bisher jedoch noch die geringe Haltbarkeit.[28]

        Ein weiteres Forschungsziel ist die Entwicklung organischer Solarzellen. Dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg ist es zusammen mit Partnern gelungen, eine günstige organische Solarzelle auf flexibler Folie herzustellen.[29]

        Nutzung

        Weltweites Nutzungspotenzial

        Weltweite PV-Installation in Watt pro Einwohner (2016).  keine od. unbekannt  00–0<0 10 Watt pro Einwohner  > 010–100 Watt pro Einwohner  > 100–200 Watt pro Einwohner  > 200–400 Watt pro Einwohner  000–> 400 Watt pro Einwohner

        Die auf die Erdatmosphäre auftreffende Sonnenenergie beträgt jährlich 1,56 Ã‚· 1018 kWh, was knapp dem 12.000fachen des Primärenergieverbrauchs der Menschheit im Jahr 2005 (1,33 Ã‚· 1014 kWh/Jahr) entspricht.[30] Von dieser Energie erreicht etwa die Hälfte die Erdoberfläche,[31] womit sie potentiell für die photovoltaische Energiegewinnung nutzbar ist. Einer 2017 im Fachjournal Nature Energy erschienenen Studie zufolge kann die Photovoltaik bis zum Jahr 2050 ca. 30–50 % des weltweiten Strombedarfs technisch und wirtschaftlich decken und damit die dominierende Art der Stromerzeugung werden. Hierbei ist bereits berücksichtigt, dass zu diesem Zeitpunkt das Energiesystem stromlastiger sein wird als derzeit, sodass die Photovoltaik dann auch mittels Sektorenkopplung zu einer erheblichen Dekarbonisierung weiterer Sektoren wie dem Verkehrssektor oder dem industriellen Energieverbrauch beitragen könnte.[2]

        Die Einstrahlung hängt von der geographischen Lage ab: Nahe dem Äquator, beispielsweise in Kenia, Indien, Indonesien, Australien oder Kolumbien, sind aufgrund der hohen Einstrahlungsdichte die Stromgestehungskosten niedriger als in Mitteleuropa. Zudem schwankt am Äquator der Energieertrag im Jahresverlauf viel weniger als an höheren Breitengraden (ziemlich gleichbleibende saisonale Sonnenstände und Zeiten zwischen Sonnenauf- und -untergang).

        Absatzentwicklung

        Tatsächliche Entwicklung des Photovoltaik-Zubaus im Vergleich mit den IEA-Prognosen 2002–2016[32]

        Weltweit wurden bis Ende 2017 Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von ca. mehr als 500 GW installiert.[1] Bis 2020 rechnet die IEA mit einem weiteren Anstieg auf ca. 400 bis 500 GWp.[11] Bis Ende 2015 waren weltweit insgesamt 229 GW Solarleistung installiert worden. In China wurden allein im ersten Quartal 2016 mehr als 7 GW PV-Leistung neu installiert. In Europa beträgt die installierte Gesamtleistung 100 GW.[33] Zwischen 1998 und 2015 wuchs die weltweit installierte Photovoltaik-Leistung um durchschnittlich 38 % pro Jahr. Dies war deutlich stärker als die meisten Wachstumsszenarien angenommen hatten. So sind die tatsächlichen Wachstumsraten historisch nicht nur wiederholt durch die Internationale Energieagentur, sondern auch durch den IPCC, den Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen sowie Greenpeace unterschätzt worden.[2]

        Photovoltaik-Installation weltweit

        Jahr

        2005
        2006
        2007
        2008
        2009
        2010
        2011
        2012
        2013
        2014

        2015

        2016[34]

        2017[35]

        2018

        2019

        GWp installiert (gerundet)

        5
        7
        9
        16
        23
        40
        71
        101
        139
        177

        227,1

        302,1

        402

        500

        627

        GWp Zubau

        1,4
        1,5
        2,5
        6,7
        7,4
        17,1
        30,2
        30,0
        38,4
        37,2

        50,1

        75

        98

        98

        127

        Der Zubau neuer Anlagen hält aus mehreren Gründen an:

        die Modulpreise sind deutlich gesunken
        das allgemeine Niveau der Preise für elektrischen Strom gleicht sich den staatlich subventionierten Preisen an
        die meisten Länder der Welt betreiben eine Niedrigzinspolitik (siehe Finanzkrise ab 2007); deshalb bevorzugen Investoren diese risikoarme Anlagemöglichkeit mit relativ hoher Rendite.

        Die folgenden Tabellen geben einen Überblick über die Entwicklung der installierten Nennleistung der Photovoltaikanlagen in der Europäischen Union in den Jahren 2005 bis 2019.

        Installierte PV-Nennleistung in der EU in MWp

        Nr.

        Staaten

        2005[36]

        2006[37]

        2007[38]

        2008[39]

        2009[40]

        2010[41]

        2011[42]

        2012[42]

        2013[43]

        2014[44]

        2015[45]

        2016[46]

        2017[47]

        2018[48]

        2019[49]

        1

        Deutschland

        1.910
        2.743
        3.846
        6.019
        9.959
        17.370
        25.094
        32.703
        36.402
        38.408

        39.763
        41.340
        42.339
        45.277

        49.016

        2

        Italien

        46,3
        50
        120
        458
        1.157
        3.484
        12.783
        16.152
        18.065
        18.622

        18.924
        19.274
        19.682
        20.107

        20.864

        3

        Großbritannien

        10,9
        14,3
        18,1
        22,5
        29,6
        76,9

        978
        1.708
        2.782
        5.380

        8.918
        11.562
        12.783
        13.054

        13.616

        4

        Frankreich

        26,3
        33,9
        46,7
        104
        335
        1.197
        2.949
        4.085
        4.625
        5.699

        6.579
        7.164
        8.610
        9.466

        10.576

        5

        Spanien

        57,6
        175
        734
        3.421
        3.438
        3.859
        4.322
        4.603
        4.766
        4.872

        4.921
        4.801
        4.725
        4.751

        9.233

        6

        Niederlande

        50,8

        52,7

        53,3

        57,2

        67,5

        88,0

        146

        365

        739

        1.048

        1.405

        2.040
        2.903
        4.300

        6.924

        7

        Belgien

        2,1
        4,2
        21,5
        70,9
        374
        1.037
        2.051
        2.768
        3.040
        3.140

        3.228
        3.425
        3.610
        4.254

        4.531

        8

        Griechenland

        5,4
        6,7
        9,2
        18,5
        55,0
        205
        631
        1.543
        2.586
        2.603

        2.613
        2.603
        2.605
        2.651

        2.794

        9

        Tschechien

        0,5
        0,8
        4,0
        54,7
        463
        1.959
        1.913
        2.022
        2.064
        2.068

        2.083
        2.047
        2.069
        2.049

        2.100

        10

        Österreich

        24
        25,6
        27,7
        32,4
        52,6
        95,5
        187
        422
        631
        785

        935
        1.077
        1.269
        1.433

        1.661

        11

        Rumänien

        0,2
        0,3
        0,5
        0,6
        1,9
        3,5
        49,3
        1.022
        1.293

        1.325
        1.371
        1.374
        1.377

        1.386

        12

        Polen

        0,3

        0,4

        0,6

        1,0

        1,4

        1,8

        2,2

        3,6

        4,2

        29,9

        86,9

        195
        287
        486

        1.317

        13

        Ungarn

        0,2

        0,3

        0,4

        0,5

        0,7

        1,8

        2,7

        12,3

        34,9

        77,7

        138

        288
        344
        754

        1.277

        14

        Dänemark

        2,7
        2,9
        3,1
        3,3
        4,7
        7,1
        16,7
        376
        572
        602

        783
        858
        906
        1.002

        1.080

        15

        Bulgarien

        0,1
        0,1
        1,4
        5,7
        32,3
        212
        915
        1.019
        1.020

        1.021
        1.032
        1.036
        1.036

        1.065

        16

        Portugal

        3
        3,4
        17,9
        68,0
        102
        131
        161
        228
        303
        423

        460
        470
        585
        671

        907

        17

        Schweden

        4,2

        4,9

        6,2

        7,9

        8,8

        11,4

        15,7

        24,1

        43,2

        79,4

        130

        153
        244
        424

        698

        18

        Slowakei

        < 0,1
        < 0,1
        < 0,1
        < 0,1
        0,2
        174
        487
        543
        588
        590

        545
        545
        528
        531

        472

        19

        Slowenien

        0,2
        0,4
        1,0
        2,0
        9,0
        45,5
        100
        222
        248
        256

        257
        259
        247
        256

        222

        20

        Finnland

        4
        4,5
        5,1
        5,6
        7,6
        9,6
        11,2
        11,2
        11,2
        11,2
        74
        125

        14,7
        20

        215

        21

        Malta

        < 0,1

        0,1

        0,1

        0,2

        1,5

        3,8

        6,6

        18,7

        28,2

        54,8

        73,2

        82
        122
        131

        150.6

        22

        Luxemburg

        23,6
        23,7
        23,9
        24,6
        26,4
        29,5
        40,7
        76,7
        95
        110

        125
        122
        132
        134

        140.6

        23

        Zypern

        0,5
        1,0
        1,3
        2,2
        3,3
        6,2
        10,1
        17,2
        34,8
        64,8
        110
        113

        69,5
        55

        128.7

        24

        Estland

        < 0,1

        < 0,1

        < 0,1

        < 0,1

        0,1

        0,2

        0,2

        0,2

        0,2

        4,1

        10

        31.9

        107

        25

        Litauen

        < 0,1
        < 0,1
        < 0,1
        0,1
        0,1
        0,1
        0,1
        6,2
        68,1
        68,1
        74
        125

        73,1
        80

        83

        26

        Kroatien

        20,0
        34,2
        50
        60
        61

        44,8

        69

        27

        Irland

        0,3

        0,4

        0,4

        0,4

        0,6

        0,7

        0,7

        0,9

        1

        1,1

        2,1

        5,1
        16
        29

        36

        28

        Lettland

        < 0,1
        < 0,1
        < 0,1
        < 0,1
        < 0,1
        1,5
        1,5
        1,5
        1,5

        1,5
        1,5

        2

        3

        EU28
        2.172
        3.148
        4.940
        10.376
        16.103
        29.828
        52.126
        68.882
        79.794
        86.674

        94.568
        100.935
        106.726
        114.549

        130.670

        Aufgrund stark gesunkener Modulpreise im Zuge billiger Importe aus China ist die deutsche wie auch die europäische Solarindustrie in eine Krise geraten. Zahlreiche Hersteller meldeten Insolvenz an. Im Mai 2013 verhängte die EU-Kommission Strafzölle gegen China, da dieses Land durch enorme staatliche Subventionen unter den Herstellungskosten verkauft (Dumping). Die Strafzölle sind in der Branche und unter Umweltverbänden umstritten. Ende Juli einigten sich China und die EU auf einen Mindestpreis von 56 ct/Wp und eine jährliche Höchstliefermenge von 7 GW.

        Einsatzfelder

        Teil eines Solarzellenflügels der Raumsonde Juno

        Neben der Stromgewinnung zur Netz-Einspeisung wird die Photovoltaik auch für mobile Anwendungen und Anwendungen ohne Verbindung zu einem Stromnetz, so genannte Inselanlagen, eingesetzt. Hier kann der Gleichstrom auch direkt genutzt werden. Am häufigsten finden sich daher akkugepufferte Gleichstromnetze. Neben Satelliten, Solarfahrzeugen oder Solarflugzeugen, die oft ihre gesamte Energie aus Solarzellen beziehen, werden auch alltägliche Einrichtungen, wie Wochenendhäuser, Solarleuchten, elektrische Weidezäune, Parkscheinautomaten oder Taschenrechner von Solarzellen versorgt.

        Inselanlagen mit Wechselrichter können auch Wechselstromverbraucher versorgen. In vielen Ländern ohne flächendeckendes Stromnetz ist die Photovoltaik eine Möglichkeit, elektrischen Strom preisgünstiger zu erzeugen als z. B. mit einem Dieselgenerator.

        Auch die Einbindung von Photovoltaikanlagen und Solarbatterien in bestehende Inselnetze stellt eine Möglichkeit dar, die Kosten der Energieproduktion deutlich zu verringern.[50]

        Doppelte Flächennutzung

        Mit geneigt aufgeständerten PV-Modulen ist eine darunterliegende Wiese als Schafweide nutzbar.

        Photovoltaik ist kompatibel mit einem – meist eingezäunten – Wasser- oder Brunnenschutzgebiet.[51]

        Im auf 1810 m Höhe gelegenem Stausee Lac des Toules experimentiert Romande Energie mit schwimmenden PV-Modulen.[52]

        PV-Module können als Dach für Radabstellanlagen, ÖV-Wartehäuschen oder Teil einer Schallschutzmauer dienen.

        Teildurchlässige PV-Elemente vor Glasfassaden bewirken eine erwünschte Reduktion der Sonnenwärmewirkung im Raum durch Halbschatten.

        PV-Module können auch zur gestalteten Verkleidung einer Fassade dienen.[53]

        Wirkungsgrad

        Thermografie an einer Photovoltaik-Anlage / Nachweis fehlerhafte Zelle

        Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen momentan erzeugter elektrischer Leistung und eingestrahlter Lichtleistung. Je höher er ist, desto geringer kann die Fläche für die Anlage gehalten werden. Beim Wirkungsgrad ist zu beachten, welches System betrachtet wird (einzelne Solarzelle, Solarpanel bzw. -modul, die gesamte Anlage mit Wechselrichter bzw. Laderegler und Akkus und Verkabelung). Der Ertrag von Solarmodulen ist zudem auch temperaturabhängig. So ändert sich die Leistung eines monokristallinen Siliziummoduls um −0,4 % pro °C, bei einer Temperaturerhöhung von 25 °C nimmt die Leistung somit um ca. 10 % ab.[54] Eine Kombination von Solarzellen und thermischem Sonnenkollektor, sogenannte Hybridkollektoren, steigert den Gesamtwirkungsgrad durch die zusätzliche thermische Nutzung, und kann den elektrischen Wirkungsgrad aufgrund der Kühlung der Solarzellen durch die thermischen Kollektoren verbessern.[55]

        Wirkungsgrad verschiedener Solaranlagen(elemente) nach Quaschning (Stand 2018)[56]

        Zellmaterial

        Maximaler Zellwirkungsgrad im Labor
        Maximaler Wirkungsgrad (Serienproduktion)
        Typischer Modulwirkungsgrad
        Flächenbedarf pro kWp

        Monokristallines Silizium

        25,8 %
        24 %
        19 %
        5,3 m²

        polykristallines Silizium

        22,3 %
        20 %
        17 %
        5,9 m²

        Amorphes Silizium

        14,0 %
        8 %
        6 %
        16,7 m²

        CIS/CIGS

        22,6 %
        16 %
        15 %
        6,7 m²

        CdTe

        22,1 %
        17 %
        16 %
        6,3 m²

        Konzentrator­zelleA1

        46,0 %
        40 %
        30 %
        3,3 m²

        A1 Bezogen auf die photovoltaisch aktive Fläche. Die Einfangfläche für Licht ist größer.

        Die mit Solarzellen erzielbaren Wirkungsgrade werden unter standardisierten Bedingungen ermittelt und unterscheiden sich je nach verwendeter Zelltechnologie. Der Mittelwert des nominellen Wirkungsgrads waferbasierter PV-Module lag 2014 bei etwa 16 % (nach dem Jahr der Markteinführung), bei Dünnschicht-Modulen liegt er um 6–11 %.[26] Eine Tabelle von Wirkungsgraden einzelner Zelltechnologien findet sich hier. Besonders hohe Wirkungsgrade werden von Mehrfachsolarzellen mit Konzentrator erreicht; hier wurden im Labor bereits Wirkungrade bis ca. 46 % erreicht.[3] Durch die Kombination von Solarzellen unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit, die optisch und elektrisch hintereinander angeordnet sind, in Tandem- oder Tripelschaltung wurde der Wirkungsgrad speziell bei amorphem Silicium erhöht. Allerdings begrenzt bei einer solchen Reihenschaltung stets die Zelle mit dem geringsten Strom den Gesamtstrom der Gesamtanordnung. Alternativ wurde die Parallelschaltung der optisch hintereinander angeordneten Solarzellen in Duo-Schaltung für Dünnschichtzellen aus a-Si auf dem Frontglas und CIS auf dem Rückseitenglas demonstriert.

        Ein Vorteil dieser Technik ist, dass mit einfachen und günstigen optischen Einrichtungen die Solarstrahlung auf eine kleine Solarzelle gebündelt werden kann, die der teuerste Teil einer Photovoltaikanlage ist. Nachteilig ist hingegen, dass konzentrierende Systeme wegen der Lichtbündelung zwingend auf Nachführsysteme und eine Kühleinrichtung für die Zellen angewiesen sind.[57]

        Heutige Solarmodule absorbieren einen Teil des Sonnenlichts nicht, sondern reflektieren es an ihrer Oberfläche. Daher werden sie in der Regel mit einer Antireflexionsschicht ausgestattet, die die Reflexion bereits stark vermindert. Schwarzes Silicium vermeidet diese Reflexionen fast vollständig.[58]

        Performance Ratio

        Die Performance Ratio (PR) – häufig auch Qualitätsfaktor (Q) genannt – ist der Quotient aus dem tatsächlichen Nutzertrag einer Anlage und ihrem Sollertrag.[59] Der „Sollertrag“ berechnet sich aus der eingestrahlten Energie auf die Modulfläche und dem nominalen Modul-Wirkungsgrad; er bezeichnet also die Energiemenge, die die Anlage bei Betrieb unter Standard-Testbedingungen (STC) und bei 100 % Wechselrichter-Wirkungsgrad ernten würde.

        Real liegt der Modulwirkungsgrad auch bei unverschatteten Anlagen durch Erwärmung, niedrigere Einstrahlung etc. gegenüber den STC unter dem nominalen Wirkungsgrad; außerdem gehen vom Sollertrag noch die Leitungs- und Wechselrichterverluste ab. Der Sollertrag ist somit eine theoretische Rechengröße unter STC. Die Performance ratio ist immer ein Jahresdurchschnittswert. Beispielsweise liegt die PR an kalten Tagen über dem Durchschnitt und sinkt vor allem bei höheren Temperaturen sowie morgens und abends, wenn die Sonne in einem spitzeren Winkel auf die Module scheint.

        Die Performance Ratio stieg mit der Entwicklung der Photovoltaik-Technik deutlich an: Von 50–75 % in den späten 1980er Jahren über 70–80 % in den 1990er Jahren auf mehr als 80 % um ca. 2010. Für Deutschland wurden ein Median von 84 % im Jahr 2010 ermittelt, Werte von über 90 % werden in der Zukunft für möglich gehalten.[59] Quaschning gibt mit durchschnittlich 75 % niedrigere Werte an. Demnach können gute Anlagen Werte von über 80 % erreichen, bei sehr schlechten Anlagen sind jedoch auch Werte unter 60 % möglich, wobei dann häufig Wechselrichterausfälle oder längerfristige Abschattungen die Ursache sind.[60]

        Verschmutzung und Reinigung

        Wie auf jeder Oberfläche im Freien (vergleichbar mit Fenstern, Wänden, Dächern, Auto usw.) können sich auch auf Photovoltaikanlagen unterschiedliche Stoffe absetzen. Dazu gehören beispielsweise Blätter und Nadeln, klebrige organische Sekrete von Läusen, Pollen und Samen, Ruß aus Heizungen und Motoren, Sand, Staub (z. B. auch Futtermittelstäube aus der Landwirtschaft), Wachstum von Pionierpflanzen wie Flechten, Algen und Moosen sowie Vogelkot.

        Bei Anlagen mit Neigungswinkel um 30° ist die Verschmutzung gering; hier liegen die Verluste bei ca. 2–3 %. Stärker wirkt sich Verschmutzung hingegen bei flachen Anstellwinkeln aus, wo Verschmutzungen bis zu 10 % Verluste verursachen können. Bei Anlagen auf Tierställen von landwirtschaftlichen Betrieben sind auch höhere Verluste möglich, wenn Schmutz aus Lüftungsschächten auf der Anlage abgelagert wird. In diesen Fällen ist eine Reinigung in regelmäßigen Abständen sinnvoll.[61]

        Stand der Technik zur Reinigung ist die Verwendung von vollentsalztem Wasser (Demineralisiertes Wasser), um Kalkflecken zu vermeiden. Als weiteres Hilfsmittel kommen bei der Reinigung wasserführende Teleskopstangen zum Einsatz. Die Reinigung sollte durchgeführt werden, ohne Kratzer an der Moduloberfläche zu verursachen. Zudem sollten Module überhaupt nicht und Dächer nur mit geeigneten Sicherheitsvorkehrungen betreten werden.

        Auch mit einer Wärmebildkamera kann man die Verschmutzung feststellen. Verschmutzte Stellen auf den Modulen sind bei Sonneneinstrahlung wärmer als saubere Stellen.

        Integration in das Energiesystem

        Photovoltaik ist eine Energietechnologie, deren Energiegewinnung wetterabhängig für sich alleine genommen nicht grundlastfähig ist. Um eine planbare, sichere Energieversorgung gewährleisten zu können, muss Photovoltaik daher mit weiteren grundlastfähigen Erzeugern, Energiespeichern, Sektorenkopplungstechnologien o. ÃƒÂ¤. kombiniert werden. Während derzeit in vielen Staaten fossile Kraftwerke diese Rolle übernehmen, sind in vollständig erneuerbaren Energieversorgungssystemen andere Optionen nötig. Mittel- bis langfristig wird daher der Aufbau einer Energiespeicherinfrastruktur für nötig erachtet, wobei zwischen Kurzfristspeichern wie Pumpspeicherkraftwerken, Batterien usw. und Langfristspeichern wie Power-to-Gas unterschieden wird. Bei letzterer Technologie wird in Phasen hoher Ökostromproduktion ein Speichergas erzeugt (Wasserstoff oder Methan), das bei geringer Ökostromproduktion wieder rückverstromt werden kann. Darüber hinaus existieren ebenfalls grundlastfähige erneuerbare Energien wie Biomassekraftwerke und Geothermiekraftwerke, die Schwankungen ausgleichen können. Deren Potential ist in Deutschland aber stark begrenzt. Hilfreich sind ebenfalls intelligente Stromnetze, die es erlauben, Verbraucher mit Lastverschiebepotential wie Wärmepumpenheizungen, E-Autos, Kühlschränke usw. vorwiegend bei hoher Erzeugung aus erneuerbaren Energien zu speisen. So führte etwa Volker Quaschning 2018 aus, wie beispielsweise in einem intelligenten Stromnetz bei hoher Solarstromeinspeisung steuerbare Kühlschränke tiefer herunterkühlen könnten als üblich, und anschließend einige Zeit ohne Stromzufuhr auskommen, während Wärmepumpen vorab Wärme produzieren. Weitere Ausgleichseffekte können eine Kombination von Wind- und Solarenergie sowie ein überregionaler Stromaustausch ermöglichen, die wie die zuvor genannten Optionen den Speicherbedarf reduzieren können.[62]

        Schwankung des Angebots

        Statistik der Erzeugung

        Jahres- und Tagesgang der Stromerzeugung aus Photovoltaik

        PV-Ertrag 2019 auf Kreismülldeponie in Karlstadt (Monatsdarstellung)

        Die Erzeugung von Solarstrom unterliegt einem typischen Tages- und Jahresgang, überlagert durch Wettereinflüsse. Diese lassen sich durch Wetterbeobachtung einigermaßen zuverlässig vorhersagen (siehe Meteorologie).

        Insbesondere im Frühling und Sommer kann Solarstrom um die Mittagszeit zur Deckung eines Teils der Mittellast genutzt werden – aber nur, wenn es das Wetter zulässt (kein bewölkter Himmel). Im Herbst und Winter (insbesondere in den Monaten November bis Januar) erzeugen die PV-Anlagen in den Regionen von den Polen bis etwa zum jeweiligen 45. Breitengrad wegen der kurzen Sonnenscheindauer und des niedrigen Sonnenstandes nur wenig Strom. Da dann für Heizung und Beleuchtung aber besonders viel Strom gebraucht wird, müssen dann auch besonders viele Kapazitäten aus anderen Energiequellen zur Verfügung stehen. Allerdings liefern Windkraftanlagen im Winter mehr Strom als im Sommer, sodass sich Photovoltaik und Windenergie jahreszeitlich sehr gut ergänzen.[63] Um die statistisch vorhersagbaren Tages-, Wetter- und Jahresschwankungen auszugleichen, sind aber auch Speichermöglichkeiten und schaltbare Lasten zur Verbrauchsanpassung (Smart-Switching in Verbindung mit Smart-Metering) erforderlich.

        Tagesaktuelle Einspeisedaten (für Deutschland) sind für die Jahre ab 2011 im Internet frei zugänglich.[64][65]

        Übertragung

        Bei einer dezentralen Stromversorgung durch viele kleine Photovoltaikanlagen (PVA) im Leistungsbereich einiger 10 kW liegen Quelle und Verbraucher nah beieinander; es gibt dann kaum Übertragungsverluste und die erzeugte Leistung verlässt den Niederspannungsbereich praktisch nicht[66] (Stand 2009). Der PVA-Betreiber speist die nicht selbst verbrauchte Leistung in das Niederspannungsnetz ein. Bei einem weiteren erheblichen Ausbau der Photovoltaik werden regional Überschüsse entstehen, die per Stromnetz in andere Regionen transportiert oder für den nächtlichen Bedarf gespeichert werden müssen.

        Energiespeicherung

        → Hauptartikel: Energiespeicher und Speicherkraftwerk

        Bei Inselanlagen wird die gewonnene Energie in Speichern, meist Akkumulatoren, gepuffert. Die deutlich häufigeren Verbundanlagen speisen den erzeugten Strom direkt in das Verbundnetz ein, wo er sofort verbraucht wird. Photovoltaik wird so zu einem Teil des Strommixes. Bei kleinen PV-Anlagen werden zur Steigerung der Eigenverbrauchsquote immer häufiger Speichersysteme eingesetzt. Die Stromgestehungskosten aus Speichersystemen kleiner PV-Anlagen liegen zwischen 16,34 – 47,34 Cent/kWh. Durch den bis 10 kWp steuerfreien Strom[67] aus dem Speichersystem ergibt sich bei Stromgestehungskosten unter den Endkundenstrompreis von 29 Cent/kWh eine Ersparnis gegenüber der Nutzung des Netzstromes.[68]

        Inselanlage

        → Hauptartikel: Photovoltaisches Inselsystem
        Parkscheinautomat als photovoltaisches Inselsystem

        Bei Inselanlagen müssen die Unterschiede zwischen Verbrauch und Leistungsangebot der Photovoltaikanlage durch Energiespeicherung ausgeglichen werden, z. B., um Verbraucher auch nachts oder bei ungenügender Sonneneinstrahlung zu betreiben. Die Speicherung erfolgt meist über einen Gleichspannungszwischenkreis mit Akkumulatoren, die Verbraucher bei Bedarf versorgen können. Neben Bleiakkumulatoren werden auch neuere Akkutechnologien mit besserem Wirkungsgrad wie Lithium-Titanat-Akkumulatoren eingesetzt. Mittels Wechselrichter kann aus der Zwischenkreis-Spannung die übliche Netzwechselspannung erzeugt werden.

        Anwendung finden Inselanlagen beispielsweise an entlegenen Standorten, für die ein direkter Anschluss an das öffentliche Netz unwirtschaftlich ist. Darüber hinaus ermöglichen autonome photovoltaische Systeme auch die Elektrifizierung einzelner Gebäude (wie Schulen oder Ähnliches) oder Siedlungen in „Entwicklungsländern“, in denen kein flächendeckendes öffentliches Stromversorgungsnetz vorhanden ist. Bereits heute sind derartige Systeme in vielen nicht-elektrifizierten Regionen der Welt wirtschaftlicher als Dieselgeneratoren, wobei bisher jedoch häufig noch die Subventionierung von Diesel die Verbreitung hemmt.[69]

        Verbundanlage

        Siehe auch: Integration regenerativer Erzeuger in das Energiesystem

        Bei kleineren Anlagen wird alle verfügbare bzw. über dem Eigenverbrauch liegende Leistung in das Verbundnetz abgegeben. Fehlt sie (z. B. nachts), beziehen Verbraucher ihre Leistung von anderen Erzeugern über das Verbundnetz. Bei größeren Photovoltaikanlagen ist eine Einspeiseregelung per Fernsteuerung vorgeschrieben, mit deren Hilfe die Einspeiseleistung reduziert werden kann, wenn die Stabilität des Versorgungsnetzes das erfordert. Bei Anlagen in einem Verbundnetz kann die lokale Energiespeicherung entfallen, da der Ausgleich der unterschiedlichen Verbrauchs- und Angebotsleistungen über das Verbundnetz erfolgt, üblicherweise durch Ausregelung durch konventionelle Kraftwerke. Bei hohen Anteilen von Solarstrom, die mit konventionellen Kraftwerken nicht mehr ausgeglichen werden können, werden jedoch weitere Integrationsmaßnahmen notwendig, um die Versorgungssicherheit zu garantieren.

        Hierfür kommen eine Reihe von Power-to-X-Technologien in Frage. Neben der Speicherung sind diese insbesondere Flexibilisierungsmaßnahmen wie z. B. der Einsatz von Power-to-Heat, Vehicle-to-Grid oder die Nutzung intelligenter Netze, die bestimmte Verbraucher (z. B. Kühlanlagen, Warmwasserboiler, aber auch Wasch- und Spülmaschinen) so steuern, dass sie bei Erzeugungsspitzen automatisch zugeschaltet werden. Aus Effizienzgründen sollten zunächst bevorzugt auf die Flexibilisierung gesetzt werden, bei höheren Anteilen müssen ebenfalls Speicherkraftwerke zum Einsatz kommen, wobei zunächst Kurzfristspeicher ausreichen und erst bei sehr hohen Anteilen variabler erneuerbarer Energien auf Langfristspeicher wie Power-to-Gas gesetzt werden sollte.[70]

        Versorgungssicherheit

        Trotz des schwankenden Angebots steht die Leistung aus Photovoltaik (etwa 24 Stunden im Voraus durch Wettervorhersagen prognostizierbar) deutlich zuverlässiger zur Verfügung als die eines einzelnen Großkraftwerks. Ein Ausfall oder ein geplanter Stillstand eines Großkraftwerks hat im Stromnetz eine stärkere Auswirkung als der Ausfall einer einzelnen Photovoltaikanlage. Bei einer hohen Anzahl von Photovoltaikanlagen ergibt sich eine im Vergleich zu einer einzelnen Großanlage extrem hohe Einspeise-Zuverlässigkeit.

        Um einen Ausfall großer Stromerzeuger abzusichern, müssen Kraftwerksbetreiber Reserveleistung bereithalten. Dies ist bei Photovoltaik bei einer stabilen Wetterlage nicht notwendig, da nie alle PV-Anlagen gleichzeitig in Revision oder Reparatur sind. Bei einem hohen Anteil von dezentraler Photovoltaik-Kleinanlagen muss jedoch eine zentrale Steuerung der Lastverteilung durch die Netzbetreiber erfolgen.

        Während der Kältewelle in Europa 2012 wirkte die Photovoltaik netzunterstützend. Im Januar/Februar 2012 speiste sie zur Mittagsspitze zwischen 1,3 und 10 GW Leistung ein. Aufgrund des winterbedingt hohen Stromverbrauchs musste Frankreich ca. 7–8 % seines Strombedarfs importieren, während Deutschland exportierte.[71]

        Wirtschaftlichkeit

        Volkswirtschaftliche Betrachtung

        Solarstrom verursacht geringere Umweltschäden als Energie aus fossilen Energieträgern[72] oder Kernkraft und senkt somit die externen Kosten der Energieerzeugung (s. a. externe Kosten bei Stromgestehungskosten).

        Noch im Jahre 2011 betrugen die Kosten der Vermeidung von CO2-Emissionen durch Photovoltaik 320 Ã¢Â‚¬ je Tonne CO2 und waren damit teurer als bei anderen erneuerbaren Energiequellen. Demgegenüber lagen die Kosten der Energieeinsparung (z. B. durch Gebäudeisolierung) bei 45 Ã¢Â‚¬ je Tonne CO2 oder darunter und konnten teilweise sogar finanzielle Vorteile erwirtschaften.[73] Durch die starke Kostensenkung der Photovoltaik sind die Vermeidungskosten einer Hausdachanlage in Deutschland jedoch auf ca. 17–70 Ã¢Â‚¬ je Tonne CO2 gefallen, womit die Solarstromerzeugung günstiger ist als die Kosten für Klimawandelfolgeschäden, die mit 80 Ã¢Â‚¬ je Tonne CO2 angesetzt werden. In sonnenreicheren Gegenden der Welt werden sogar Vorteile bis ca. 380 Ã¢Â‚¬ je Tonne vermiedener CO2-Emissionen erzielt.[74]

        Wie viel CO2-Emissionen durch Photovoltaik tatsächlich vermieden werden, hängt dabei auch von der Koordination des EEGs mit dem EU-Emissionshandel ab; außerdem von der für die Herstellung der Module verwendeten Energieform.

        Siehe auch: Abschnitt „Interaktion mit Emissionshandel“ unter „Erneuerbare-Energien-Gesetz“

        Betriebswirtschaftliche Betrachtung

        Anschaffungskosten und Amortisationszeit

        Die Anschaffungskosten einer PV-Anlage bestehen aus Materialkosten wie Modulen, Wechselrichter, Montagesystem und Komponenten für die Verdrahtung und den Netzanschluss. Zusätzlich entstehen Kosten für die Montage und Netzanschluss. Den größten Anteil an den Kosten haben mit 40–50 % die Module. Abhängig von der Größe der PV-Anlage kann der Netzanschluss einen großen Teil der Investitionssumme ausmachen.[68] Bei kleinen Dachanlagen bis 30 KWp ist der Netzanschluss des Hauses gesetzlich vorgesehen[67], bei höheren Leistungen kann um das Niederspannungsnetz nicht zu überlasten in das Mittelspannungsnetz eingespeist werden, welches zusätzlich Kosten für das Verlegen der Kabel und einen Transformator oder Spezielle Wechselrichter am Netzanschluss verursacht.

        Die Anlagenkosten unterscheiden sich abhängig von der Montage-Art und Menge der Installierten Leistung (Stand 2018).

        PV Dach Kleinanlagen (5 – 15 kWp): 1200 – 1400 €/KWp
        PV Dach Großanlagen (100 – 1000 kWp): 800 – 1000 €/KWp
        PV Freifläche (ab 2 MWp): 600 – 800 €/KWp[68]

        Dieser Preis enthält neben den Modulen auch Wechselrichter, Montage und Netzanschluss.

        Eine in Deutschland installierte Anlage liefert je nach Lage und Ausrichtung einen Jahresertrag von etwa 700 bis 1100 kWh und benötigt bei Dachinstallation 6,5 bis 7,5 m² Fläche pro kWp Leistung.

        Die Amortisation ist von vielen Faktoren abhängig: vom Zeitpunkt der Inbetriebnahme, der Sonneneinstrahlung, der Modulfläche, Ausrichtung und Neigung der Anlage sowie dem Anteil der Fremdfinanzierung. Die langjährige und zuverlässige Förderung durch die Einspeisevergütungen des deutschen EEGs war ein entscheidender Faktor für die starken Kostensenkungen der Photovoltaik.[75]

        Stromgestehungskosten

        Deutsche Stromgestehungskosten (LCoE) für erneuerbare Energien und konventionelle Kraftwerke im Jahr 2018.[7]
        Zwischen 2008 und 2015 sanken die Stromgestehungskosten von Photovoltaikanlagen in den USA um 54 % (Kleinanlagen) bzw. 64 % (Solarparks).[76]

        Stromgestehungskosten von Photovoltaikanlagen in Cent/Kilowattstunde zum Installationszeitpunkt[77]

        Investition / Ertrag pro kWp
        700 kWh/a
        800 kWh/a
        900 kWh/a
        1000 kWh/a
        1100 kWh/a
        1500 kWh/a
        2000 kWh/a

        200 Ã¢Â‚¬/kWp

        6,8

        5,9

        5,3

        4,7

        4,3

        3,2

        2,4

        400 Ã¢Â‚¬/kWp

        8,4

        7,4

        6,5

        5,9

        5,3

        3,9

        2,9

        600 Ã¢Â‚¬/kWp

        10,0

        8,8

        7,8

        7,0

        6,4

        4,7

        3,5

        800 Ã¢Â‚¬/kWp

        11,7

        10,2

        9,1

        8,2

        7,4

        5,5

        4,1

        1000 Ã¢Â‚¬/kWp

        13,3

        11,7

        10,4

        9,3

        8,5

        6,2

        4,7

        1200 Ã¢Â‚¬/kWp

        15,0

        13,1

        11,6

        10,5

        9,5

        7,0

        5,2

        1400 Ã¢Â‚¬/kWp

        16,6

        14,5

        12,9

        11,6

        10,6

        7,8

        5,8

        1600 Ã¢Â‚¬/kWp

        18,3

        16,0

        14,2

        12,8

        11,6

        8,5

        6,4

        1800 Ã¢Â‚¬/kWp

        19,9

        17,4

        15,5

        13,9

        12,7

        9,3

        7,0

        2000 Ã¢Â‚¬/kWp

        21,5

        18,8

        16,7

        15,1

        13,7

        10,0

        7,5

        Photovoltaik galt lange als die teuerste Form der Stromerzeugung mittels erneuerbaren Energien. Durch den starken Preisrückgang hat sich dies mittlerweile geändert, sodass Photovoltaik inzwischen konkurrenzfähig zu anderen regenerativen und konventionellen Arten der Stromerzeugung ist. In manchen Teilen der Welt werden PV-Anlagen mittlerweile ganz ohne Förderung installiert.[4] Die konkreten Stromgestehungskosten sind abhängig von den jeweiligen Verhältnissen. In den USA sind z. B. Vergütungen von unter 5 US-Cent/kWh (4,2 Euro-Cent/kWh) üblich. Ähnliche Werte werden auch für andere Staaten wirtschaftlich darstellbar gehalten, wenn die Strahlungs- und Finanzierungsbedingungen günstig sind. Bei den mit Stand 2017 günstigsten Solarprojekten wurden in Ausschreibungen Stromgestehungskosten von 3 US-Cent/kWh (2,5 Euro-Cent/kWh) erreicht[5] bzw. diese Werte selbst ohne Subventionen noch leicht unterboten.[2]

        Durch die Massenproduktion sinken die Preise der Solarmodule, seit 1980 fielen die Modulkosten um 10 % pro Jahr; ein Trend, dessen weitere Fortsetzung wahrscheinlich ist.[78] Mit Stand 2017 sind die Kosten der Stromerzeugung aus Photovoltaik binnen 7 Jahren um fast 75 % gefallen.[5] Nach Swansons Law fällt der Preis der Solarmodule mit der Verdopplung der Leistung um 20 %.[79][80]

        Seit 2018 sind neu gebaute große Photovoltaikanlagen die günstigsten Kraftwerke in Deutschland (siehe Tabelle rechts).[7] Bereits im dritten Quartal 2013 betrugen die Stromgestehungskosten zwischen 7,8 und 14,2 ct/kWh[81] bzw. 0,09 und 0,14 $/kWh. Damit lagen die Stromgestehungskosten von Photovoltaikanlagen bereits zu diesem Zeitpunkt auf dem gleichen Niveau wie die Stromgestehungskosten von neuen Kernkraftwerken wie Hinkley Point C mit prognostizierten Kosten von 0,14 $/kWh im Jahr 2023. Ein direkter Vergleich ist jedoch schwierig, da eine Reihe von weiteren Faktoren wie die wetterabhängige Produktion von der Photovoltaik, die Endlagerung sowie die Versicherung der Anlagen berücksichtigt werden müssen.[78]

        Im Januar 2014 war in mindestens 19 Märkten die Netzparität erreicht; die Wirtschaftlichkeit für Endverbraucher wird von einer Vielzahl an Analysedaten gestützt.[4] Das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) stellt fest, dass die Kosten für Photovoltaik bislang weit schneller gesunken sind als noch vor kurzem erwartet. So sei in einem jüngsten Bericht der EU-Kommission noch von Kapitalkosten ausgegangen worden, die „bereits heute zum Teil unterhalb der Werte liegen, die die Kommission für das Jahr 2050 erwarte“.[82]

        Als günstigster Solarpark weltweit galt bis Anfang 2016 eine Anlage in Dubai, der eine Einspeisevergütung von 6 US-Cent/kWh erhält (Stand 2014).[78] Im August 2016 wurde dieser Rekord bei einer Ausschreibung in Chile deutlich unterboten. Dort ergaben sich für einen 120-MWp-Solarpark Stromgestehungskosten von 2,91 US-Cent/kWh (2,45 ct/kWh), was nach Angaben von Bloomberg L.P. die niedrigsten Stromgestehungskosten sind, die jemals bei einem Kraftwerksprojekt weltweit erzielt wurden.[83] Bis 2020 halbierten sich diese Werte noch einmal. Im April 2020 erhielt im Al-Dhafra-Solarpark ein Bieter den Zuschlag, der den Bau des 2-GW-Solarparks zu einer Vergütung von 1,35 US-Cent/kWh (1,14 ct/kWh) zugesagt hat. Zuvor waren bereits weitere Projekte mit unter 2 US-Cent/kWh vergeben worden.[6]

        Die Internationale Organisation für erneuerbare Energien (IRENA) prognostizierte im Jahr 2016, dass die Kosten für Solarstrom bis 2025 um bis zu 59 Prozent fallen werden. Als Gründe nannte der Bericht eine Ausweitung der Produktion, effizientere Versorgungsketten und technische Verbesserungen.[84]

        Modulpreise

        Spotmarkt Preisindex in Euro je kWp (netto) von Photovoltaikmodulen (Großhandelspreis)[85] (Veränderung gegenüber Vorjahr)

        Modultyp

        Kristallin

        Dünnschicht

        Herkunft
        Deutschland
        China, SO-Asien
        Japan

        CdS/CdTe
        a-Si
        µ-Si

        Jul 2007

        ≈ 3250
        ≈ 3000
        ≈ 3220

        ≈ 2350
        ≈ 2350

        Jan 2009

        3190
        2950
        3160

        2100

        2210

        Jan 2010

        2030 (−36 %)
        1550 (−47 %)
        1910 (−40 %)

        1610 (−23 %)
        –
        1380 (−38 %)

        Jan 2011

        1710 (−16 %)
        1470 (−5 %)
        1630 (−15 %)

        1250 (−22 %)
        1080
        1260 (−9 %)

        Jan 2012

        1070 (−37 %)
        790 (−46 %)
        1050 (−36 %)

        680 (−46 %)
        600 (−44 %)
        760 (−40 %)

        Jan 2013

        780 (−27 %)
        530 (−33 %)
        830 (−21 %)

        560 (−18 %)
        420 (−30 %)
        520 (−32 %)

        Herkunft
        Deutschland
        China
        Japan, Korea
        SO-Asien, Taiwan

        Jan 2014

        690 (−13 %)
        580 (+9 %)
        700 (−19 %)
        530

        Jan 2015

        600 (−13 %)
        540 (−7 %)
        610 (−13 %)
        460 (−13 %)

        Jan 2016

        590 (−2 %)
        560 (+4 %)
        660 (+8 %)
        480 (+4 %)

        Jan 2017

        480 (−19 %)
        490 (−13 %)
        570 (−14 %)
        400 (−17 %)

        Kristalline Module

        Modultyp

        High Efficiency

        All Black

        Mainstream

        Low Cost

        Trend seit

        Aug 2017

        510 (−9 %)
        510 (+0 %)
        420 (−5 %)
        290 (+0 %)
        Jan 2017

        Dez 2017

        500 (−11 %)
        490 (−4 %)
        380 (−14 %)
        270 (−7 %)
        Jan 2017

        Jan 2018

        480 (−14 %)
        470 (−8 %)
        370 (−16 %)
        260 (−10 %)
        Jan 2017

        Jun 2018

        420 (−13 %)
        440 (−6 %)
        330 (−11 %)
        240 (−8 %)
        Jan 2018

        Aug 2018

        380 (−21 %)
        400 (−15 %)
        310 (−16 %)
        230 (−12 %)
        Jan 2018

        Nov 2018

        360 (−25 %)
        360 (−23 %)
        270 (−27 %)
        200 (−23 %)
        Jan 2018

        Jul 2019

        330 (−5,7 %)
        340 (−5,6 %)
        270 (±0 %)
        200 (+11,1 %)
        Jan 2019

        Nov 2019

        320 (−8,6 %)
        340 (−5,6 %)
        250 (−7,4 %)
        190 (+5,6 %)
        Jan 2019

        Jan 2020

        320 (−8,6 %)
        330 (−8,3 %)
        250 (−7,4 %)
        170 (−5,6 %)
        Jan 2019

        Okt 2020

        300 (−6,3 %)
        300 (−9,1 %)
        210 (−16,0 %)
        150 (−11,8 %)
        Jan 2020

        Jan 2021

        320 (−0,0 %)
        330 (−0,0 %)
        230 (−8,0 %)
        160 (−5,9 %)
        Jan 2020

        Die Modulpreise sind in den letzten Jahren stark gesunken, getrieben durch Skaleneffekte, technologische Entwicklungen, Normalisierung des Solarsiliziumpreises und durch den Aufbau von Überkapazitäten und Konkurrenzdruck bei den Herstellern. Die durchschnittliche Preisentwicklung seit Januar 2009 nach Art und Herkunft ist in der nebenstehenden Tabelle dargestellt.

        Infolge der Marktankurbelung durch Einspeisevergütungen in Deutschland, Italien und einer Reihe weiterer Staaten kam es zu einem drastischen Kostenrückgang bei den Modulpreisen, die von 6 bis 7 USD/Watt im Jahr 2000[86] auf 4 $/Watt im Jahr 2006 und 0,4 $/Watt im Jahr 2016 zurückgingen.[87] 2018 lagen die Modulpreise im globalen Schnitt bereits unter 0,25 $/Watt.[1] Historisch betrachtet fielen die Modulpreise über die vergangenen 40 Jahre um 22,5 % pro Verdopplung der installierten Leistung.[2]

        Die weitere Preisentwicklung hängt von der Entwicklung der Nachfrage sowie von den technischen Entwicklungen ab. Die niedrigen Preise für Dünnschichtanlagen relativieren sich teilweise für die fertige Anlage durch den aufgrund des geringeren Wirkungsgrades und höheren Installationsaufwand für Anlagen gleicher Leistung. Es handelt sich bei den angegebenen Preisen nicht um Endkundenpreise.

        Weitere Entwicklung

        Insgesamt wächst der Photovoltaikmarkt immer noch stark (um ca. 40 % jährlich). Prognosen der Stromgestehungskosten in Deutschland kommen für das Jahr 2035 auf Werte für PV-Dach-Kleinanlagen (5 – 15 kWp) zwischen 4,20 – 6,72 Cent/kWh. Bei Freiflächenanlagen werden Werte von 2,16 – 3,94 Cent/kWh angenommen. Die Anlagen-Preise pro installiertes Kilowatt sinken bei Freiflächenanlagen unter 400 €/kWp und bei Kleinanlagen zwischen 700 – 815 €/kWp.[68]

        An Standorten mit hoher Solarstrahlung über 1450 Wh/(m²·a) könnten die Stromgestehungskosten für Freiflächenanlagen im Jahr 2035 unter 2 Cent/kWh fallen.

        Deutschland

        → Hauptartikel: Photovoltaik in Deutschland

        Seit dem Jahr 2012 liegen die Stromgestehungskosten in Deutschland unterhalb des Haushaltsstrompreises, womit die Netzparität erreicht ist.[88]

        Ende 2018 waren 46,0 GW elektrische Nettoleistung installiert.[89] Die Unternehmensberatung Roland Berger und die Prognos AG hielten in ihrer Publikation aus 2010 bis 2020 einen Ausbau auf 70 GW für realistisch. Unter der theoretischen Annahme, dass elektrische Energie verlustfrei gespeichert werden könnte, wären bei einem durchschnittlichen jährlichen Ertrag von 900 kWh je kWp für eine Energieversorgung ausschließlich mit Photovoltaik insgesamt rund 690 GW zu installieren.[90]

        USA

        Im Juni 2014 stufte Barclays Anleihen von US-Stromversorgern herunter wegen der Konkurrenz durch die Kombination aus Photovoltaik und Energiespeichern, welche zu einem verstärkten Eigenverbrauch führt. Dies könne das Geschäftsmodell der Stromversorger verändern. Barclays schrieb dazu: „Wir rechnen damit, dass in den nächsten paar Jahren sinkende Preise für dezentrale Photovoltaik-Anlagen und private Stromspeicher den Status Quo durchbrechen werden.“ Und weiter heißt es: „In der über 100-jährigen Geschichte der Stromversorger gab es bisher noch keine wettbewerbsfähige Alternative zum Netzstrom. Wir sind überzeugt, dass Photovoltaik und Speicher das System in den nächsten zehn Jahren umgestalten können.“[91]

        Im Sommer 2014 hat die Investmentbank Lazard mit Sitz in New York eine Studie zu den aktuellen Stromgestehungskosten der Photovoltaik in den USA im Vergleich zu konventionellen Stromerzeugern veröffentlicht. Die günstigsten großen Photovoltaikkraftwerke können Strom mit 60 USD pro MWh produzieren. Der Mittelwert solcher Großkraftwerke liegt aktuell bei 72 USD pro MWh und die Obergrenze bei 86 USD pro MWh. Im Vergleich dazu liegen Kohlekraftwerke zwischen 66 USD und 151 USD pro MWh, Atomkraft bei 124 USD pro MWh. Kleine Photovoltaikaufdachanlagen liegen jedoch noch bei 126 bis 265 USD pro MWh, welche jedoch auf Stromtransportkosten verzichten können. Onshore-Windkraftanlagen liegen zwischen 37 und 81 USD pro MWh. Einen Nachteil sehen die Stromversorger der Studie nach in der Volatilität von Solar- und Windstrom. Eine Lösung sieht die Studie in Batterien als Speicher (siehe Batterie-Speicherkraftwerk), die bislang jedoch noch teuer seien.[92]

        Umweltauswirkungen

        Produktion

        Die Umweltauswirkungen bei der Silizium-Technologie und bei der Dünnschichttechnologie sind die typischen der Halbleiterfertigung, mit den entsprechenden chemischen und energieintensiven Schritten. Die Reinstsiliziumproduktion bei der Silizium-Technologie ist aufgrund des hohen Energieaufwandes und dem Aufkommen an Nebenstoffen maßgebend. Für 1 kg Reinstsilizium entstehen bis zu 19 kg Nebenstoffe. Da Reinstsilizium meist von Zulieferfirmen produziert wird, ist die Auswahl der Lieferfirmen und deren Produktionsmethode unter Umweltaspekten entscheidend für die Umweltbilanz eines Moduls. Bei einer Untersuchung im Jahr 2014 war der Kohlendioxid-Fußabdruck eines in China hergestellten und in Europa zur Stromerzeugung installierten Photovoltaikmoduls auch ohne Berücksichtigung der für den Transport benötigten Energie durch den in China größeren Einsatz von nicht regenerativ erzeugter Energie, insbesondere aus der Verstromung von Kohle, doppelt so groß wie beim Einsatz eines in Europa hergestellten Photovoltaikmoduls.[93]

        Bei der Dünnschichttechnologie ist die Reinigung der Prozesskammern ein sensibler Punkt. Hier werden teilweise die klimaschädlichen Stoffe Stickstofftrifluorid und Schwefelhexafluorid verwendet. Bei der Verwendung von Schwermetallen wie der CdTe-Technologie wird mit einer kurzen Energierücklaufzeit auf der Lebenszyklus-Basis argumentiert.[94]

        Betrieb

        2011 bestätigte das Bayerische Landesamt für Umwelt, dass CdTe-Solarmodule im Fall eines Brandes keine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen.[95]

        Durch die absolute Emissionsfreiheit im Betrieb weist die Photovoltaik sehr niedrige externe Kosten auf. Liegen diese bei Stromerzeugung aus Stein- und Braunkohle bei circa 6 bis 8 ct/kWh, betragen sie bei Photovoltaik nur etwa 1 ct/kWh (Jahr 2000). Zu diesem Ergebnis kommt ein Gutachten[96] des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung. Zum Vergleich sei der dort ebenfalls genannte Wert von 0,18 ct/kWh externer Kosten bei solarthermischen Kraftwerken genannt.

        Treibhausgasbilanz

        Auch wenn es im Betrieb selbst keine CO2e-Emissionen gibt, so lassen sich Photovoltaikanlagen derzeit noch nicht CO2e-frei herstellen, transportieren und montieren. Die rechnerischen CO2e-Emissionen von Photovoltaikanlagen betragen Stand 2013 je nach Technik und Standort zwischen 10,5 und 50 g CO2e/kWh, mit Durchschnitten im Bereich 35 bis 45 g CO2e/kWh.[97] Eine neuere Studie aus dem Jahr 2015 ermittelte durchschnittliche Werte von 29,2 g/kWh.[98] Verursacht werden diese Emissionen durch Verbrennung fossiler Energien insbesondere während der Fertigung von Solaranlagen. Mit weiterem Ausbau der erneuerbaren Energien im Zuge der weltweiten Transformation zu nachhaltigen Energieträgern wird sich die Treibhausgasbilanz damit automatisch verbessern.[4] Ebenfalls sinkende Emissionen ergeben sich durch die technologische Lernkurve. Historisch betrachtet sanken die Emissionen um 14 % pro Verdopplung der installierten Leistung (Stand 2015).[4]

        Nach einem ganzheitlichen Vergleich der Ruhr-Universität Bochum von 2007 lag der CO2e-Ausstoß bei der Photovoltaik noch bei 50–100 g/kWh, wobei vor allem die verwendeten Module und der Standort entscheidend waren. Im Vergleich dazu lag er bei Kohlekraftwerken bei 750–1200 g/kWh, bei GuD-Gaskraftwerken bei 400–550 g/kWh, bei Windenergie und Wasserkraft bei 10–40 g/kWh, bei der Kernenergie bei 10–30 g/kWh (ohne Endlagerung), und bei Solarthermie in Afrika bei 10–14 g/kWh.[99]

        Energetische Amortisation

        → Hauptartikel: Erntefaktor

        Die Energetische Amortisations­zeit von Photovoltaikanlagen ist der Zeitraum, in dem die Photovoltaikanlage die gleiche Energiemenge geliefert hat, die während ihres gesamten Lebenszyklus benötigt wird; für Herstellung, Transport, Errichtung, Betrieb und Rückbau bzw. Recycling.

        Sie betrug 2011 zwischen 0,75 und 3,5 Jahren, je nach Standort und verwendeter Photovoltaiktechnologie. Am besten schnitten CdTe-Module mit Werten von 0,75 bis 2,1 Jahren ab, während Module aus amorphem Silizium mit 1,8 bis 3,5 Jahren über dem Durchschnitt lagen. Mono- und multikristalline Systeme sowie Anlagen auf CIS-Basis lagen bei etwa 1,5 bis 2,7 Jahren. Als Lebensdauer wurde in der Studie 30 Jahre für Module auf Basis kristalliner Siliziumzellen und 20 bis 25 Jahren für Dünnschichtmodule angenommen, für die Lebensdauer der Wechselrichter wurden 15 Jahre angenommen.[100] Bis zum Jahr 2020 wurde eine Energierücklaufzeit von 0,5 Jahren oder weniger für südeuropäische Anlagen auf Basis von kristallinem Silizium als erreichbar angesehen.[101]

        Bei einem Einsatz in Deutschland wurde die Energie, die 2011 zur Herstellung einer Photovoltaikanlage benötigt wird, in Solarzellen in etwa zwei Jahren wieder gewonnen. Der Erntefaktor liegt unter für Deutschland typischen Einstrahlungsbedingungen bei mindestens 10, eine weitere Verbesserung ist wahrscheinlich.[102] Die Lebensdauer wird auf 20 bis 30 Jahre geschätzt. Seitens der Hersteller werden für die Module im Regelfall Leistungsgarantien für 25 Jahre gegeben. Der energieintensiv hergestellte Teil von Solarzellen kann 4- bis 5-mal wiederverwertet werden.

        Flächenverbrauch

        PV-Anlagen werden überwiegend auf bestehenden Dach- und über Verkehrsflächen errichtet,[102] was zu keinem zusätzlichen Flächenbedarf führt. Freilandanlagen in Form von Solarparks nehmen demgegenüber zusätzliche Flächen in Anspruch, wobei häufig bereits vorbelastete Areale wie z. B. Konversionsflächen (aus militärischer, wirtschaftlicher, verkehrlicher oder wohnlicher Nutzung), Flächen entlang von Autobahnen und Bahnlinien (im 110 m Streifen), Flächen, die als Gewerbe- oder Industriegebiet ausgewiesen sind, oder versiegelte Flächen (ehem. Deponien, Parkplätze etc.) verwendet werden. Werden Photovoltaikanlagen auf landwirtschaftlicher Fläche errichtet, was in Deutschland derzeit nicht gefördert wird, kann es zu einer Nutzungskonkurrenz kommen. Hierbei muss aber berücksichtigt werden, dass Solarparks verglichen mit der Bioenergie­erzeugung auf gleicher Fläche einen um ein Vielfaches höheren Energieertrag aufweisen. So liefern Solarparks pro Flächeneinheit etwa 25 bis 65 mal so viel Strom wie Energiepflanzen.[103]

        In Deutschland können auf Dach- und Fassadenflächen mehr als 200 GW Photovoltaikleistung errichtet werden; auf brachliegenden Ackerflächen u. ÃƒÂ¤. sind über 1000 GW möglich. Damit existiert in Deutschland für die Photovoltaik ein Potential von mehr als 1000 GW, womit sich pro Jahr weit mehr als 1000 TWh elektrischer Energie produzieren ließen; deutlich mehr als der derzeitige deutsche Strombedarf. Da damit jedoch insbesondere in den Mittagsstunden sonniger Tage große Überschüsse produziert würden und enorme Speicherkapazitäten aufgebaut werden müssten, ist ein solch starker Ausbau nur einer Technologie nicht sinnvoll und die Kombination mit anderen erneuerbaren Energien erheblich zweckmäßiger.[104] Wollte man den gesamten derzeitigen Primärenergiebedarf Deutschlands mit Photovoltaik decken, d. h. ca. 3800 TWh, würde dafür ca. 5 % der Fläche Deutschland benötigt. Problematisch ist hierbei die jahreszeitlich und im Tagesverlauf stark schwankende Erzeugung, sodass ein Energiesystem, das ausschließlich auf Solarstrom basiert, unplausibel ist.[105] Für eine vollständig regenerative Energieversorgung ist in Deutschland vielmehr ein Mix verschiedener erneuerbarer Energien erforderlich, wobei die größten Potentiale dabei die Windenergie hat, gefolgt von der Photovoltaik.[106]

        Solarstrahlungsbilanz von PV-Modulen

        Abhängig vom Material wird unterschiedlich viel Solarstrahlung reflektiert. So hat der unterschiedliche Reflexionsgrad (die Albedo) auch Auswirkung auf das globale Klima – auch als Eis-Albedo-Rückkopplung bekannt. Wenn stark reflektierende Flächen aus Schnee und Eis an den Polen und in Grönland kleiner werden, wird mehr Solarstrahlung von der Erdoberfläche absorbiert und der Treibhauseffekt wird verstärkt.

        Aus einem Wirkungsgrad der PV-Module von 18 % und dem reflektierten Anteil der Solarstrahlung ergibt sich ein Albedo von ca. 20 %, was im Vergleich zu Asphalt mit 15 % sogar eine Verbesserung darstellt und gegenüber Rasenflächen mit ebenfalls 20 % Albedo keinen nachteiligen Effekt hat. Der erzeugte PV-Strom ersetzt Strom aus Verbrennungskraftwerken, somit wird zusätzlich die Freisetzung von CO2 reduziert.[107]

        Recycling von PV-Modulen

        Bisher läuft die einzige Recyclinganlage (spezialisierte Pilotanlage) für kristalline Photovoltaikmodule in Europa im sächsischen Freiberg.[108] Die Firma Sunicon GmbH (früher Solar Material), ein Tochterunternehmen der SolarWorld, erzielte dort im Jahr 2008 eine massenbezogene Recyclingquote bei Modulen von durchschnittlich 75 % bei einer Kapazität von ca. 1200 Tonnen pro Jahr. Die Abfallmenge von PV-Modulen in der EU lag 2008 bei 3.500 Tonnen/Jahr. Geplant ist durch weitgehende Automatisierung eine Kapazität von ca. 20.000 Tonnen pro Jahr.[109]

        Zum Aufbau eines freiwilligen, EU-weiten, flächendeckenden Systems zur Wiederverwertung gründete die Solarindustrie als gemeinsame Initiative im Jahr 2007 den Verband PV CYCLE.[110] Es werden in der EU bis 2030 ansteigend ca. 130.000 t ausgediente Module pro Jahr erwartet. Als Reaktion auf die insgesamt unbefriedigende Entwicklung fallen seit 24. Januar 2012 auch Solarmodule unter eine Novellierung der Elektroschrott-Richtlinie.[111] Für die PV-Branche sieht die Novelle vor, dass 85 Prozent der verkauften Solarmodule gesammelt und zu 80 Prozent recycelt werden müssen. Bis 2014 sollten alle EU-27-Mitgliedsländer die Verordnung in nationales Recht umsetzen. Man will dadurch die Hersteller in die Pflicht nehmen, Strukturen für die Wiederverwertung bereitzustellen. Die Trennung der Module von anderen Elektrogeräten wird dabei bevorzugt. Bereits existierende Sammel- und Recyclingstrukturen sollen zudem ausgebaut werden.

        Staatliche Behandlung

        → Hauptartikel: Erneuerbare Energien und Energiewende nach Staaten

        Die Erzeugung elektrischen Stroms mittels Photovoltaik wird in vielen Staaten gefördert. Nachstehend ist eine (unvollständige) Liste von verschiedenen regulatorischen Rahmenbedingungen in einzelnen Staaten aufgeführt.

        Deutschland

        → Hauptartikel: Photovoltaik in Deutschland und Erneuerbare-Energien-Gesetz

        Förderprogramme

        In Deutschland gibt es eine gesetzlich geregelte und über 20 Jahre gewährte Einspeisevergütung; die Höhe ist im Erneuerbare-Energien-Gesetz geregelt. Die Einspeisevergütung ist degressiv gestaltet, fällt also für neue Anlagen pro Jahr um einen gewissen Prozentsatz. Zudem gibt es zwölf weitere Programme, die die Anschaffung einer Photovoltaikanlage fördern sollen.

        Auf Bundesebene kann die sogenannte Investitionszulage für Photovoltaikanlagen im produzierenden Gewerbe und im Bereich der produktionsnahen Dienstleistungen in Form von Steuergutschriften genehmigt werden.

        Daneben stellt die KfW-Förderbank folgende Programme zur Verfügung:

        KfW – erneuerbare Energien – Standard
        KfW – Kommunalkredit
        BMU – Demonstrationsprogramm
        KfW – kommunal investieren.

        Die Fördergelder der KfW-Förderbank werden im Gegensatz zur Investitionszulage ausschließlich als Darlehen genehmigt und über die jeweilige Hausbank zur Verfügung gestellt.

        Des Weiteren haben folgende Bundesländer eigene Solarfördergesetze erlassen:

        Bayern – rationelle Energiegewinnung und -verwendung im Gewerbe Ã¢Â€Â“ (Zuschuss)
        Niedersachsen – Innovationsförderprogramm (Gewerbe) – (Darlehen / in Ausnahmen Zuschuss)
        Nordrhein-Westfalen – progres.nrw „Rationelle Energieverwendung, Regenerative Energien und Energiesparen“ Ã¢Â€Â“ (Zuschuss)
        Rheinland-Pfalz – energieeffiziente Neubauten – (Zuschuss)
        Saarland – Zukunftsenergieprogramm Technik (ZEP-Tech) 2007 (Demonstrations-/Pilotvorhaben) Ã¢Â€Â“ (Zuschuss).

        Weitere Fördermittel und Zuschüsse werden auch von zahlreichen Städten und Kommunen, lokalen Klimaschutzfonds sowie einigen privaten Anbietern angeboten.[112] Diese können teilweise mit anderen Förderprogrammen kombiniert werden.

        Ein lokales Förderprogramm bietet die oberbayerische Stadt Burghausen mit 50 Ã¢Â‚¬ je 100 Wp installierte Leistung bis max. 1.000 Ã¢Â‚¬ pro Anlage und Wohngebäude.[113]

        Steuerliche Behandlung

        Bei einem Jahresumsatz bis 17.500 Ã¢Â‚¬ gilt die Kleinunternehmerregelung nach § 19 UStG. Als Kleinunternehmer muss man keine Steuererklärung abgeben, darf dem Abnehmer aber auch keine Umsatzsteuer in Rechnung stellen. Ein umsatzsteuerpflichtiger Unternehmer (Kleinunternehmer können zur Steuerpflicht optieren) bekommt die Vorsteuer auf alle Investitionen erstattet, muss aber zusätzlich zur Einspeisevergütung dem Abnehmer die Umsatzsteuer in Rechnung stellen und an das Finanzamt abführen.

        Für die Einkünfte aus der Photovoltaikanlage gilt § 15 EStG. Ein eventueller Verlust mindert die Steuerlast, wenn hierbei keine Liebhaberei vorliegt. Es wäre eine Liebhaberei, wenn sich anhand der auf die Betriebsdauer der Anlage gerichteten Berechnung von vornherein ergeben hat, dass der Betrieb der Anlage keinen Gewinn erwirtschaftet. Soweit einschlägige Renditeberechnungsprogramme einen Steuervorteil berücksichtigen, muss diese Problematik berücksichtigt werden.

        Da es für die Gewerbesteuer einen Freibetrag von 24.500 Ã¢Â‚¬ für natürliche Personen und Personengesellschaften gibt (§ 11 Abs. 1 Nr. 1 GewStG), fallen meist nur große Anlagen unter die Gewerbesteuer.

        Dämpfender Effekt auf die Börsenstrompreise

        PV eignet sich als Lieferant von Spitzenlaststrom, da sie zur „Kochspitze“ am Mittag die höchsten Erträge erzielt, und verdrängt teure Gas- und Steinkohlekraftwerke aus dem Markt. Solarenergie dämpft daher die Börsenpreise für Spitzenstrom („Merit-Order-Effekt“). Die Spitzenpreise für Strom sind in den letzten Jahren parallel zum Ausbau der Solarenergie im Vergleich zum Durchschnittspreis stark zurückgegangen. Im Sommer sind die früheren Tagesspitzen weitgehend verschwunden.[114] Dieser preissenkende Effekt kommt durch die fehlerhafte Konstruktion des EEG-Ausgleichsmechanismus jedoch nicht beim Privatkunden an, sondern verteuert paradoxerweise die Stromkosten von Privatkunden, während hingegen die Industrie von den gesunkenen Beschaffungskosten an der Strombörse profitiert.[115]

        Der Strompreis an der Strombörse war bis zum Jahr 2008 kontinuierlich gestiegen und erreichte im Jahr 2008 das Maximum von 8,279 Cent/kWh. Durch das vermehrte Auftreten der erneuerbaren Energien ist der Strompreis unter Druck geraten.[116][117] Im ersten Halbjahr 2013 betrug der mittlere Strompreis an der Strombörse nur noch 3,75 Cent/kWh und für den Terminmarkt 2014 lag dieser im Juli 2013 bei 3,661 Cent/kWh.[118][119]

        Österreich

        Durch ein Bürger- bzw. Kundenbeteiligungsmodell hat der Versorger Wien Energie von Mai 2012 bis Ende 2015 Menschen zur Finanzierung von 23 PV-Anlagen im Ausmaß von in Summe 9,1 MWp (Stand: 10. Mai 2016)p bewegt. Das EVU zahlt den Investoren eine Miete.[120]

        China

        → Hauptartikel: Solarenergie in China

        Der Ausbau von Photovoltaik wird von der chinesischen Regierung stark vorangetrieben. Die chinesische Nationale Energieagentur hat ihre Ausbauziele zuletzt um 30 % erhöht und 2015 Deutschland als größten Installateur von Photovoltaik sowohl insgesamt (21,3 GW) als auch pro Kopf der Bevölkerung der neu installierten Leistung (16,3 W) überholt.[121]

        Japan

        Ein Jahr nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima hat die japanische Regierung ein Gesetz nach dem Vorbild des deutschen EEG beschlossen. Seit 1. Juli 2012 wird bei Photovoltaikanlagen mit einer Leistung ab zehn Kilowatt eine Einspeisevergütung von 42 Yen/kWh gezahlt (umgerechnet etwa 0,36 Ã¢Â‚¬/kWh).[122] Diese Vergütung wird 20 Jahre lang gezahlt. Kleinere Anlagen bis 10 kW werden nur zehn Jahre lang gefördert.

        Rumänien

        Der rumänische Staat vergibt aufgrund eines Gesetzes vom November 2011 grüne Zertifikate, gegenwärtig sechs Zertifikate je 1000 kWh bis zum 31. Dezember 2013. Eine Reduzierung der Zahl der Zertifikate war für das Jahr 2014 geplant. Der Wert der grünen Zertifikate wird an der Börse ausgehandelt und sinkt mit der Menge des erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energien. Im Februar 2012 belief sich der Preis für ein Zertifikat auf umgerechnet 55 Ã¢Â‚¬, so dass für 1 kWh 0,33 Ã¢Â‚¬ gezahlt wurde. Allerdings kann der Preis auch auf rund die Hälfte sinken.[123]

        Schweiz

        In der Schweiz werden Betreiber einer Photovoltaik-Anlage durch den Bund gefördert. Das kostenorientierte Einspeisevergütungssystem (EVS) wird durch einen Netzzuschlag finanziert, der von allen Kunden pro verbrauchte Kilowattstunde bezahlt wird. Dadurch soll das EVS allen Produzenten von erneuerbarem Strom einen fairen Preis garantieren. Darüber hinaus haben Betreiber von Photovoltaik-Anlagen die Möglichkeit, eine feste Einmalvergütung (EIV) zu erhalten. Die Einmalvergütung ist eine einmalige Investitionshilfe zur Förderung kleinerer Photovoltaik-Anlagen. Sie beträgt bis zu 30 % der Investitionskosten. Dabei wird unterschieden zwischen der Einmalvergütung für Kleinanlagen (KLEIV) und der Einmalvergütung für Grossanlagen (GREIV).

        Auch die Energieversorger fördern Photovoltaik-Anlagen durch Einspeisevergütungen. Besonders Betreiber kleinerer Photovoltaik-Anlagen profitieren davon. Zusätzlich bieten auch einige Kantone und Gemeinden Förderungen an. Die Koordination der Förderprogramme erfolgt durch Pronovo[124]

        Übersicht der Fördermaßnahmen nach Anlagengröße [125]

        Massnahme

        Anlagengrösse

        Förderung

        Kostendeckende Einspeisevergütung (KEV)

        ab 10 kW

        15 – 22 Rp / kWh (noch bis 2022)

        Kostenorientiertes Einspeisevergütungssystem (EVS)

        ab 100 kW

        Orientierung an Produktionskosten

        Einmalvergütung für kleine Anlagen (KL-EIV)

        bis 100 kW

        bis zu 30 % der Investitionskosten

        Einmalvergütung für grosse Anlagen (GR-EIV)

        ab 100 kW

        bis zu 30 % der Investitionskosten

        Einspeisevergütung durch E-Werk

        egal

        5 – 23 Rp / kWh

        Sierra Leone

        Im westafrikanischen Staat Sierra Leone soll bis Ende 2016 etwa ein Viertel des erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energien, vor allem aus Solarenergie, stammen. In der Nähe der Hauptstadt Freetown soll mit 6 MW Leistung Westafrikas größter Solarpark entstehen.[126] In Koindu wird nachts das Stadtzentrum von einer solarbasierten Straßenbeleuchtung erhellt. Diese ist seit Juli 2013 in Betrieb. Außerdem werden Teile der Straße nach Yenga, einem Dorf an der Grenze zu Guinea und Liberia, ebenfalls von Photovoltaikbeleuchtungen erhellt.[127]

        Literatur

        Arno Bergmann: VDE Schriftenreihe 138; „Photovoltaikanlagen“ Normgerecht errichten, betreiben, herstellen und konstruieren. VDE, Berlin / Offenbach 2011, ISBN 978-3-8007-3377-4. 
        Adolf Goetzberger, Bernhard Voß, Joachim Knobloch: Sonnenenergie: Photovoltaik – Physik und Technologie der Solarzelle. 2. Auflage, Teubner, Stuttgart 1997, ISBN 3-519-13214-1.
        Heinrich Häberlin: Photovoltaik – Strom aus Sonnenlicht für Verbundnetz und Inselanlagen. VDE, Berlin 2010, ISBN 978-3-8007-3205-0.
        Ingo Bert Hagemann: Gebäudeintegrierte Photovoltaik: Architektonische Integration der Photovoltaik in die Gebäudehülle. Müller, Köln 2002, ISBN 3-481-01776-6 (Zugleich Dissertation an der RWTH Aachen 2002).
        Ralf Haselhuhn: Leitfaden Photovoltaische Anlagen. 4. Auflage. Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie, Berlin 2010, ISBN 978-3-00-030330-2 (3. Auflage: mit Claudia Hemmerle)
        Ralf Haselhuhn: Photovoltaik – Gebäude liefern Strom. 7., vollständig überarbeitete Auflage. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2013, ISBN 978-3-8167-8737-2 (Grundlagen Recht, Normen, Erträge, Qualität, Stand der Technik. Auch Lehrbuch).
        Mertens, Konrad: Photovoltaik. 3. neu bearbeitete Auflage. Hanser Fachbuchverlag, 2015, ISBN 978-3-446-44232-0.
        Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Springer Vieweg, Berlin / Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-03248-6.
        Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. 9. Auflage. Hanser, München 2015, ISBN 978-3-446-44267-2.
        Volker Quaschning: Erneuerbare Energien und Klimaschutz. 4. Auflage. Hanser, München 2018, ISBN 978-3-446-45703-4.
        Hans-Günther Wagemann, Heinz Eschrich: Photovoltaik – Solarstrahlung und Halbleitereigenschaften, Solarzellenkonzepte und Aufgaben. 2. Auflage. Teubner, Stuttgart 2010, ISBN 978-3-8348-0637-6.
        Viktor Wesselak, Sebastian Voswinckel: Photovoltaik: Wie Sonne zu Strom wird. Springer Vieweg, Berlin / Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-24296-0.
        Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer: Handbuch Regenerative Energietechnik, 3. aktualisierte und erweiterte Auflage, Berlin/Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-53072-6.

        Weblinks

        Wiktionary: Photovoltaik Ã¢Â€Â“ Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
        Commons: Photovoltaik Ã¢Â€Â“ Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
        Bundesverband Solarwirtschaft
        Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland (PDF; 3,5 MB) Fraunhofer ISE, Stand November 2015.
        Stromproduktion aus Solar- und Windenergie im Jahr 2013 Fraunhofer ISE, wöchentlich aktualisiert
        Städte mit Solarkataster im Portal für energieeffizientes Bauen und Sanieren
        Photovoltaic Geographical Informationssystem der EU (PVGIS) – Schätzung der tatsächlichen Leistung von Photovoltaik mit Hilfe der Watt peak-Angabe je nach Region
        Photovoltaik auf den Seiten vom Forschungsverbund Erneuerbare Energien
        Photovoltaik – Innovationen (BINE Informationsdienst)
        Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) Datenbank zu Solarenergieressourcen und Bewertung der photovoltaischen Energieerzeugung für Europa, Afrika und Südwestasien (englisch).
        Aktuelle Förderungen von Photovoltaik-Anlagen in Österreich
        Photovoltaik erklärt auf YouTube, abgerufen am 7. Oktober 2018.

        Einzelnachweise

        ↑ a b c d Nancy Haegel et al: Terawatt-scale photovoltaics: Transform global energy. In: Science. Band 364, Nr. 6443, 2019, S. 836–838, doi:10.1126/science.aaw1845. 

        ↑ a b c d e Felix Creutzig et al.: The underestimated potential of solar energy to mitigate climate change. In: Nature Energy. Band 2, 2017, doi:10.1038/nenergy.2017.140 (englisch). 

        ↑ a b Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani: Solar Electricity and Solar Fuels: Status and Perspectives in the Context of the Energy Transition. In: Chemistry – A European Journal 22, Issue 1, (2016), 32–57, doi:10.1002/chem.201503580.

        ↑ a b c d e Christian Breyer et al.: Profitable climate change mitigation: The case of greenhouse gas emission reduction benefits enabled by solar photovoltaic systems. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 49, (2015), 610–628, 611, doi:10.1016/j.rser.2015.04.061.

        ↑ a b c Nancy M. Haegel et al.: Terawatt-scale photovoltaics: Trajectories and challenges. In: Science. Band 356, Nr. 6334, 2017, S. 141–143, doi:10.1126/science.aal1288. 

        ↑ a b World’s Largest Solar Project Will Also Be Its Cheapest. In: Greentechmedia, 28. April 2020. Abgerufen am 30. April 2020.

        ↑ a b c Fraunhofer ISE: Studie Stromgestehungskosten Erneuerbare Energien März 2018. Abgerufen am 27. März 2018.

        ↑ Asegun Henry, Ravi Prasher: The prospect of high temperature solid state energy conversion to reduce the cost of concentrated solar power. In: Energy and Environmental Science 7, (2014), 1819–1828, S. 1819, doi:10.1039/c4ee00288a.

        ↑ Can Sener, Vasilis Fthenakis: Energy policy and financing options to achieve solar energy grid penetration targets: Accounting for external costs. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 32, (2014), 854–868, S. 859, doi:10.1016/j.rser.2014.01.030.

        ↑
        Vast Power of the Sun Is Tapped By Battery Using Sand Ingredient. In: The New York Times. The New York Times Company, New York 26. April 1954, S. 1 (nytimes.com [PDF]). 

        ↑ a b c Vgl. Konrad Mertens: Photovoltaik. Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis, München 2015, S. 35–40.

        ↑ Vgl. Volker Quaschning: Erneuerbare Energien und Klimaschutz, München 2018, S. 130.

        ↑
        H.-J. Lewerenz, H. Jungblut: Photovoltaik: Grundlagen und Anwendungen. Springer, Heidelberg 1995, ISBN 3-540-58539-7, S. 5–12. 

        ↑
        Reinhard Scholz: Grundlagen der Elektrotechnik: Eine Einführung in die Gleich- und Wechselstromtechnik. Carl Hanser Verlag, München 2018, ISBN 978-3-446-45631-0, S. 35. 

        ↑ Energy Charts. Website von Fraunhofer ISE. Abgerufen am 15. März 2020.

        ↑ Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer, Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2013, S. 130

        ↑ Dachneigung und Ausrichtung einer Photovoltaikanlage. PhotovoltaikZentrum – Michael Ziegler, abgerufen am 13. April 2016: „Die optimale Dachneigung für eine Photovoltaikanlage liegt in Deutschland zwischen 32 und 37 Grad. Der ideale Winkel ist abhängig vom geografischen Breitengrad, auf der die Anlage installiert werden soll. Im Norden Deutschlands sind höhere und im Süden aufgrund der geringeren Entfernung zum Äquator niedrigere Neigungen vorteilhaft.“ 

        ↑ Berechnung von Sonnenhöhe und Azimut mit Tabellenkalkulation. Abgerufen am 13. April 2016. 

        ↑ Konrad Mertens: Photovoltaik. Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis. München 2015, S. 47.

        ↑ Frank Konrad: Planung von Photovoltaik-Anlagen. Grundlagen und Projektierung, Wiesbaden 2008, S. 34.

        ↑ Photovoltaik Aufdach-Montage, abgerufen am 25. März 2013

        ↑ Datenblatt: FIXGRID18. In: schletter-group.com. Abgerufen am 5. Dezember 2019. 

        ↑ Indachmontage der Photovoltaikanlage, abgerufen am 25. März 2013

        ↑ Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme: Technologie – Berechnung – Klimaschutz. 10. aktualisierte und erweiterte Auflage. Carl Hanser Verlag München, 2019, ISBN 978-3-446-46113-0, S. 90. 

        ↑ Sandra Enkhardt: Bayware realisiert schwimmende Photovoltaik-Anlage mit 14,5 Megawatt in sechs Wochen. In: pv-magazine.de. 6. November 2019, abgerufen am 5. Dezember 2019 (deutsch). 

        ↑ a b Dr. Harry Wirth: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland. (PDF) In: ise.fraunhofer.de. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, 14. Oktober 2019, abgerufen am 5. Dezember 2019. 

        ↑ Jörg Sutter: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V.: 10.07.20 – Agro-Photovoltaik – anders gedacht. Abgerufen am 10. Juli 2020. 

        ↑ Günstige Solar-Alternative. In: Süddeutsche Zeitung, 14. August 2014, abgerufen am 14. August 2014.

        ↑ Organische Photovoltaik am laufenden Meter, ise.fraunhofer.de, abgerufen am 7. Juni 2014

        ↑ Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer: Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2013, S. 116.

        ↑ Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer: Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2013, S. 118.

        ↑ Auke Hoekstra et al.: Creating Agent-Based Energy Transition Management Models That Can Uncover Profitable Pathways to Climate Change Mitigation. In: Complexity. 2017, doi:10.1155/2017/1967645. 

        ↑ 2016: Weltweiter Solar-Boom, Nachfrage in Europa lässt nach. (Nicht mehr online verfügbar.) 21. Juni 2016, archiviert vom Original am 4. Dezember 2016; abgerufen am 21. Januar 2016 (Zusammenfassung des Global Market Outlook for Solar Power 2016-2020). 

        ↑ PV Market Alliance: 75 Gigawatt Photovoltaik-Leistung weltweit 2016 installiert. pv-magazine.de, 19. Januar 2016, abgerufen am 21. Januar 2017. 

        ↑ IEA PVPS: Ohne China nur geringes weltweites Photovoltaik-Wachstum – pv magazine Deutschland. Abgerufen am 9. Juni 2018 (deutsch). 

        ↑ Photovoltaic barometer 2007 – EurObserv’ER Systèmes solaires – Le journal des énergies renouvelables nº 178, S. 52.

        ↑ Photovoltaic barometer 2008 – EurObserv’ER@1@2Vorlage:Toter Link/www.eurobserv-er.org (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. Systèmes solaires – Le journal des énergies renouvelables nº 184, S. 52.

        ↑ Photovoltaic barometer 2009 – EurObserv’ER (Memento vom 29. Dezember 2009 im Internet Archive) (PDF; 2,6 MB) Systèmes solaires Le journal de photovoltaïque nº 1 – 2009, S. 76.

        ↑ Photovoltaic barometer 2010 – EurObserv’ER (PDF; 3,7 MB) Systèmes solaires Le journal de photovoltaïque nº 3 – 2010, S. 132.

        ↑ Photovoltaic barometer 2011 – EurObserv’ER (PDF; 2,5 MB) Systèmes solaires Le journal de photovoltaïque nº 5 – 2011, S. 148.

        ↑ Photovoltaic barometer 2012 – EurObserv’ER (PDF; 4,5 MB) Hors-Série Le journal de photovoltaïque nº 7 – 2012, S. 114.

        ↑ a b Photovoltaic barometer 2012 – EurObserv’ER (Memento vom 10. November 2019 im Internet Archive)
        (PDF; 4,3 MB) Hors-Série Le journal de photovoltaïque nº 9 – 2013, S. 59.

        ↑ Photovoltaic barometer – EurObserv’ER – April 2014
        (PDF; 2,9 MB)

        ↑ Photovoltaic barometer – EurObserv’ER – Mai 2015

        ↑ All Photovoltaic barometers | EurObserv’ER. In: eurobserv-er.org. Abgerufen am 28. Mai 2016. 

        ↑ All Photovoltaic barometers | EurObserv’ER. (PDF) In: eurobserv-er.org. Abgerufen am 28. August 2017. 

        ↑ All Photovoltaic barometers | EurObserv’ER. In: eurobserv-er.org. Abgerufen am 3. Dezember 2019. 

        ↑ All Photovoltaic barometers | EurObserv’ER. In: eurobserv-er.org. Abgerufen am 3. Dezember 2019. 

        ↑ Photovoltaic Barometer 2019. Eurobserver. Abgerufen am 27. Juni 2020.

        ↑ Cader et al.: Global cost advantages of autonomous solar–battery–diesel systems compared to diesel-only systems. In: Energy for Sustainable Development 31 (2016) 14–23, doi:10.1016/j.esd.2015.12.007.

        ↑ Anm. Realisiert im Wasserwerk Graz-Andritz.

        ↑ Wirtschaft : Schweizer Stausee mit schwimmender Solaranlage orf.at, 10. Oktober 2019, abgerufen 10. Oktober 2019.

        ↑ Anm. Der Getreidesilo der ehemaligen Taggermühle in Graz aus Stahlbeton wurde an der Südseite mit PV verkleidet. Für zukünftig einzusägende Fenster wurden Lücken gelassen.

        ↑ Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme: Technologie – Berechnung – Klimaschutz. 10. aktualisierte und erweiterte Auflage. Carl Hanser Verlag München, 2019, ISBN 978-3-446-46113-0, S. 221. 

        ↑ Clara Good: Environmental impact assessments of hybrid photovoltaic–thermal (PV/T) systems – A review. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 55, (2016), 234–239, S. 234 f., doi:10.1016/j.rser.2015.10.156.

        ↑ Volker Quaschning: Erneuerbare Energien und Klimaschutz. 4. Auflage, München 2018, S. 134.

        ↑ Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer: Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2013, S. 228f.

        ↑ Black multi-crystalline silicon solar cells (Memento vom 24. Juli 2011 im Internet Archive), wsi.tum.de (PDF; 142 kB)

        ↑ a b Reich et al.: Performance ratio revisited: is PR > 90 % realistic? In: Progress in Photovoltaics 20, (2012), 717–726, doi:10.1002/pip.1219.

        ↑ Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme: Technologie – Berechnung – Klimaschutz. 10. aktualisierte und erweiterte Auflage. Carl Hanser Verlag München, 2019, ISBN 978-3-446-46113-0, S. 276. 

        ↑ Konrad Mertens: Photovoltaik. Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis, München 2015, S. 287.

        ↑ Vgl. Volker Quaschning: Erneuerbare Energien und Klimaschutz. 4. Auflage, München 2018, S. 118–123.

        ↑ Michael Sterner, Ingo Stadler: Energiespeicher. Bedarf, Technologien, Integration, Berlin/Heidelberg 2014, S. 75.

        ↑ Energy Charts. Fraunhofer ISE, abgerufen am 15. November 2016. 

        ↑ EEX Transparency (deutsch). European Energy Exchange, abgerufen am 15. März 2020 (Stundenaktuelle Informationen zur Einspeisung von Strom in Deutschland und anderen EEX Mitgliedsländern (Anteil von PV- und Windstrom und aus sonstigen „konventionellen“ Quellen)). 

        ↑ Statistische Zahlen der deutschen Solarstrombranche (Photovoltaik), Bundesverband Solarwirtschaft e.V., August 2011 (PDF; 127 kB)

        ↑ a b Erneuerbare-Energien-Gesetz – EEG 2017. (PDF) In: gesetze-im-internet.de. Bundesministeriums der Justiz und für Verbraucherschutz, 13. Mai 2019, S. 14, abgerufen am 5. Dezember 2019. 

        ↑ a b c d Christoph Kost, Shivenes Shammugam, Verena Jülch, Huyen-Tran Nguyen, Tohmas Schlegl: Stromgestehungskosten Erneuerbare Energien. (PDF) In: ise.fraunhofer.de. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, März 2018, abgerufen am 5. Dezember 2019. 

        ↑ Michael Sterner, Ingo Stadler: Energiespeicher. Bedarf. Technologien. Integration. Berlin – Heidelberg 2014, S. 657.

        ↑ Vgl. Henning et al.: Phasen der Transformation des Energiesystems. In: Energiewirtschaftliche Tagesfragen 65, Heft 1/2, (2015), S. 10–13.

        ↑ Stundenaktuelle Informationen zur Stromerzeugung in Frankreich (Memento des Originals vom 12. Februar 2012 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.rte-france.com; Stundenaktuelle Informationen zur Einspeisung von PV-Strom in Deutschland (Memento des Originals vom 27. Februar 2014 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.transparency.eex.com (Extremwerte am 1.1. und 5.2.)

        ↑ Ökonomische Wirkungen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes Zusammenstellung der Kosten- und Nutzenwirkungen@1@2Vorlage:Toter Link/www.bmu.de (Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. , Website des BMU, abgerufen am 17. Juli 2012 (PDF; 273 kB).

        ↑ Erneuerbare Energien. Innovationen für eine nachhaltige Energiezukunft. (Memento vom 28. Februar 2013 im Internet Archive) Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) (Hrsg.) 7. Auflage. 2009, S. 26 (PDF; 4,2 MB), abgerufen am 12. März 2013.

        ↑ Christian Breyer et al.: Profitable climate change mitigation: The case of greenhouse gas emission reduction benefits enabled by solar photovoltaic systems. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 49, (2015), 610–628, 623, doi:10.1016/j.rser.2015.04.061.

        ↑ Matthias Günther: Energieeffizienz durch Erneuerbare Energien. Möglichkeiten, Potenziale, Systeme. Wiesbaden 2015, S. 74.

        ↑ Paul Donohoo-Vallett et al.: Revolution Now… The Future Arrives for Five Clean Energy Technologies – 2016 Update. Energieministerium der Vereinigten Staaten. Abgerufen am 6. November 2016.

        ↑ Die Berechnung der Stromgestehungskosten LCOE (Levelized Cost of Electricity) erfolgt nach nachstehender Formel entsprechend der Veröffentlichung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme. Die einzelnen Parameter haben folgende Bedeutung und Werte:

        I: Investitionssumme in € je kWp
        E: Ertrag im ersten Jahr in kWh je kWp
        r: gewichteter durchschnittlicher Realzins: 2,8 % (4 % Fremdkapitalzins, 8 % Eigenkapitalrendite, 80 % Fremdkapitalanteil, 2 % angenommene Inflationsrate)
        A: Betriebskosten zum Installationszeitpunkt: 35 Ã¢Â‚¬/kWp
        v: jährliche Ertragsminderung: 0,2 %
        T: Betriebsdauer: 25 Jahre

        L
        C
        O
        E
        =

        I
        +

        ∑

        t
        =
        1

        T

        A

        (
        1
        +
        r

        )

        t

        ∑

        t
        =
        1

        T

        E
        ⋅
        (
        1
        −
        v

        )

        t

        (
        1
        +
        r

        )

        t

        {displaystyle LCOE={frac {I+sum _{t=1}^{T}{frac {A}{(1+r)^{t}}}}{sum _{t=1}^{T}{frac {Ecdot (1-v)^{t}}{(1+r)^{t}}}}}}

        ↑ a b c J. Doyne Farmer, Francois Lafond: How predictable is technological progress?. In: Research Policy 45, (2016), 647–665, doi:10.1016/j.respol.2015.11.001.

        ↑ David Richard Walwyn, Alan Coli Brent: Renewable energy gathers steam in South Africa. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 41, (2015), 390–401, S. 391, doi:10.1016/j.rser.2014.08.049.

        ↑ Klaus-Dieter Maubach: Strom 4.0. Innovationen für die deutsche Stromwende. Wiesbaden, 2015, S. 47f.

        ↑ Christoph Kost, Johannes N. Mayer, Jessica Thomsen, Niklas Hartmann, Charlotte Senkpiel, Simon Phillips, Sebastian Nold, Simon Lude, Thomas Schlegl: Stromgestehungskosten Erneuerbarer Energien. (PDF; 5,2 MB) Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme ISE, 13. November 2013, S. 2, abgerufen am 26. November 2013. 

        ↑ Umstieg auf erneuerbare Energien schneller möglich als geplant, DIW-Pressemitteilung

        ↑ Chile Energy Auction Gives Bachelet a Success to Boast About. In: Bloomberg L.P., 18. August 2016. Abgerufen am 20. August 2016.

        ↑ THE POWER TO CHANGE: SOLAR AND WIND COST REDUCTION POTENTIAL TO 2025, PDF

        ↑ Preisindex. In: pvxchange.com. pvXchange Trading GmbH, Januar 2021, abgerufen am 22. Februar 2021.  Für ältere Werte:PVX Spotmarkt Preisindex Solarmodule. In: SolarServer – Das Internetportal zur Sonnenenergie. Heindl Server GmbH, 16. Mai 2013, abgerufen am 26. Mai 2013.  Sofern nicht anders angegeben beziehen sich die Einträge auf die Preise im Januar. Bis einschließlich 2010 gelten die Werte in der Spalte „Deutschland“ für Europa.

        ↑ Mario Pagliaro, Francesco Meneguzzo, Federica Zabini, Rosaria Ciriminna, Assessment of the minimum value of photovoltaic electricity in Italy. Energy Science and Engineering 2 (2014), 94–105, S. 95.

        ↑ Sarah Kurtz et al.: A new era for solar. In: Nature Photonics. Band 11, 2017, S. 3–5, doi:10.1038/nphoton.2016.232. 

        ↑ Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme: Technologie – Berechnung – Klimaschutz. 10. aktualisierte und erweiterte Auflage. Carl Hanser Verlag München, 2019, ISBN 978-3-446-46113-0, S. 431. 

        ↑ Installierte Photovoltaikleistung in Deutschland, Volker Quaschning, abgerufen am 7. Juli 2019

        ↑ Roland Berger/Prognos: Wegweiser Solarwirtschaft. Roadmap 2020. Berlin 2010.

        ↑ Barclays stuft Anleihen von US-Stromversorgern herunter; Konkurrenz durch Photovoltaik und Energiespeicher (Memento des Originals vom 15. Juli 2014 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.solarserver.de. In: solarserver.de, 16. Juni 2014, abgerufen am 16. Juni 2014.

        ↑ Solarstrom ist wettbewerbsfähig. photovoltaik.eu, 26. November 2014, S. 1, abgerufen am 26. November 2014 (Stand: November 2014). 

        ↑ Solar Panel Manufacturing is Greener in Europe Than China Pressemeldung der Northwestern University, Evanston (Illinois/USA), zu einer gemeinsam von der Northwestern University und dem U.S. Department of Energy’s Argonne National Laboratory in der Zeitschrift Solar Energy, Volume 107, September 2014, Pages 380 veröffentlichten Studie

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        ↑ lfu.bayern.de

        ↑ Wolfram Krewitt, Barbara Schlomann: Externe Kosten der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien im Vergleich zur Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern (Memento vom 23. Juli 2006 im Internet Archive) (PDF; 441 kB). Gutachten im Rahmen von Beratungsleistungen für das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, 6. April 2006, S. 35.

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        ↑ Sander A. Mann et al.: The energy payback time of advanced crystalline silicon PV modules in 2020: a prospective study. In: Progress in Photovoltaics 22, (2014), 1180–1194, doi:10.1002/pip.2363.

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        ↑ Matthias Günther: Energieeffizienz durch Erneuerbare Energien. Möglichkeiten, Potenziale, Systeme. Wiesbaden 2015, S. 169.

        ↑ Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme: Technologie – Berechnung – Klimaschutz. 10. aktualisierte und erweiterte Auflage. Carl Hanser Verlag München, 2019, ISBN 978-3-446-46113-0, S. 40. 

        ↑ Matthias Günther: Energieeffizienz durch Erneuerbare Energien. Möglichkeiten, Potenziale, Systeme. Wiesbaden 2015, S. 64f.

        ↑ Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme: Technologie – Berechnung – Klimaschutz. 10. aktualisierte und erweiterte Auflage. Carl Hanser Verlag München, 2019, ISBN 978-3-446-46113-0, S. 62. 

        ↑ Dr. Harry Wirth: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland. (PDF) In: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, 23. Februar 2020, S. 51, abgerufen am 15. März 2020. 

        ↑ Solarmodule: Aus Alt mach Neu. Ingenieur.de. Abgerufen am 16. Februar 2015

        ↑ Aufarbeitung: Recycling von Photovoltaik-Modulen BINE Projekt-Info 02/2010, BINE Informationsdienst, FIZ Karlsruhe

        ↑ Wie geht es weiter beim Recycling von PV-Modulen? BINE Informationsdienst 12. September 2011, FIZ Karlsruhe – Büro Bonn

        ↑ EU-Parlament schreibt Recycling vor, abgerufen am 16. Februar 2015

        ↑ Übersicht aller aktuellen Photovoltaik-Förderprogramme, bereitgestellt von der gemeinnützigen co2online GmbH, abgerufen am 18. Juli 2014.

        ↑ Richtlinien zur Durchführung des Burghauser Förderprogramms zur Errichtung einer Photovoltaikanlage (Memento des Originals vom 1. Februar 2012 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.burghausen.de (PDF; 14 kB)

        ↑ IZES: Analyse möglicher EEG-Umlage-erhöhender Faktoren und der Berechtigung von aktuellen Strompreiserhöhungen durch das EEG. Saarbrücken 2011, S. 13–20.

        ↑ Vgl. Volker Quaschning: Erneuerbare Energien und Klimaschutz, München 2013, S. 118.

        ↑ Strom an der Börse billig wie seit Jahren nicht. In: Frankfurter Allgemeine Zeitung, 5. Februar 2013. Abgerufen am 24. April 2014.

        ↑ Liebreich: A year of cracking ice: 10 predictions for 2014. In: Bloomberg New Energy Finance, 29. Januar 2014. Abgerufen am 24. April 2014.

        ↑ Fallende Börsen-Strompreise drücken EEG-Umlagekonto tiefer ins Minus. In: IWR Online Nachrichten, 9. Juli 2014. Abgerufen am 24. April 2014.

        ↑ Erneuerbare senken Strompreise auch am Terminmarkt. In: PV magazine, 12. August 2013. Abgerufen am 24. April 2014.

        ↑ Energieerzeugung > Bürger-Kraftwerke (Photovoltaik) > Standorte > Eckdaten. Wien Energie. Abgerufen 10. Mai 2016. – Siehe auch Tabelle bei Wien Energie.

        ↑ China raises solar installation target for 2015, Reuters, 8. Oktober 2015

        ↑ Neue Einspeisevergütung stärkt Solarmarkt in Japan (Memento vom 15. April 2013 im Internet Archive), 13. Juli 2012

        ↑ Neues rumänisches Energiegesetz ist endlich in Kraft (Memento vom 27. Februar 2014 im Internet Archive), 2. Februar 2012

        ↑ tradema2: Förderung von Solaranlagen | Ihr Partner für Solaranlagen. In: Kunz-Solartech | Ihr Partner für die Solaranlage mit der garantierten Qualität. Abgerufen am 3. Februar 2021 (deutsch). 

        ↑ tradema2: Förderung von Solaranlagen | Ihr Partner für Solaranlagen. In: Kunz-Solartech | Ihr Partner für die Solaranlage mit der garantierten Qualität. Abgerufen am 3. Februar 2021 (deutsch). 

        ↑ Voice of Africa: „Solar lighting revolution underway in Sierra Leone“ (englisch), abgerufen am 12. November 2014

        ↑ God Bless the Kissi People (Memento vom 12. November 2014 im Internet Archive), Awareness Times Newspaper: Sierra Leone News vom 24. Juli 2013, abgerufen am 12. November 2014 (englisch)

        Normdaten (Sachbegriff): GND: 4121476-6 (OGND, AKS)

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          Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen sind unter Holz (Begriffsklärung) aufgeführt.

          Ein Raummeter Holz, Dosenbek, Schleswig-Holstein

          Holz (von germanisch *holta(z), ‚Holz‘, ‚Gehölz‘; aus indogermanisch *kl̩tˀo; ursprüngliche Bedeutungen, abgeleitet von indogermanisch *kel-, ‚schlagen‘: ‚Abgeschnittenes‘, ‚Gespaltenes‘, ‚schlagbares Holz‘)[1] bezeichnet im allgemeinen Sprachgebrauch das harte Gewebe der Sprossachsen (Stamm, Äste und Zweige) von Bäumen und Sträuchern. Botanisch wird Holz als das vom Kambium erzeugte sekundäre Xylem der Samenpflanzen definiert. Nach dieser Definition sind die holzigen Gewebe der Palmen und anderer höherer Pflanzen allerdings kein Holz im engeren Sinn. Kennzeichnend ist aber auch hier die Einlagerung von Lignin in die Zellwand. In einer weitergehenden Definition wird Holz daher auch als lignifiziertes (verholztes) pflanzliches Gewebe begriffen.

          Kulturhistorisch gesehen zählen Gehölze wohl zu den ältesten genutzten Pflanzen. Als vielseitiger, insbesondere aber nachwachsender Rohstoff ist Holz bis heute eines der wichtigsten Pflanzenprodukte als Rohstoff für die Weiterverarbeitung und auch ein regenerativer Energieträger. Gegenstände und Bauwerke aus Holz (z. B. Bögen und Schilde, Holzkohle, Grubenholz, Bahnschwellen, Holzboote, Pfahlbauten, Forts) sowie die Holzwirtschaft waren und sind ein Teil der menschlichen Zivilisation und Kulturgeschichte.[2]

          Die Abholzung von Wäldern an Küsten des Mittelmeers war einer der ersten großen Eingriffe des Menschen in ein Ökosystem. Rodungen waren der erste Schritt, um das zu großen Teilen bewaldete Europa urbar zu machen.

          Verschiedene Holzarten, von oben nach unten: Weymouth-Kiefer, Wenge, Ramin, Makassar-Ebenholz, Ahorn-Maser, Mooreiche

          Inhaltsverzeichnis

          1 Entstehung von Holz
          2 Struktur

          2.1 Chemische Bestandteile
          2.2 Nadelholz
          2.3 Laubholz
          2.4 Verkernung

          3 Tropenholz
          4 Eigenschaften

          4.1 Hygroskopische Eigenschaften
          4.2 Anisotropie
          4.3 Dichte und elastomechanische Eigenschaften
          4.4 Akustische Eigenschaften
          4.5 Thermische Eigenschaften
          4.6 Optische Eigenschaften
          4.7 Biologische Eigenschaften

          5 Verarbeitung und Anwendungsgebiete

          5.1 Historische Nutzung
          5.2 Holz als Baustoff
          5.3 Holz als Konstruktionswerkstoff

          5.3.1 Holz (gestockt oder vereist)

          5.4 Holz als Ausstattungsmaterial
          5.5 Industrieholz
          5.6 Holz als Rohstoff für die Herstellung von Textilien
          5.7 Recycling und energetische Nutzung

          6 Wirtschaftliche Bedeutung

          6.1 Europa ohne Russland
          6.2 Deutschland
          6.3 Österreich

          7 Normen und Standards
          8 Siehe auch
          9 Literatur
          10 Weblinks
          11 Einzelnachweise

          Entstehung von Holz

          0 Mark, 1 Jahresringgrenze, 2 Harzkanäle, 3 primäre Holzstrahlen, 4 sekundäre Holzstrahlen, 5 Kambium, 6 Holzstrahlen des Bastes, 7 Korkkambium, 8 Bast, 9 Borke

          Holz wird vom Kambium, dem Bildungsgewebe zwischen Holz und Rinde, gebildet (sekundäres Dickenwachstum).

          Bei der Teilung einer Kambiumzelle entstehen zwei Zellen, von denen eine ihre Teilungsfähigkeit behält und zu einer neuen Initialzelle heranwächst. Aus der anderen wird eine Dauerzelle, die sich noch einmal oder mehrmals teilt. Aus den später zu Leitungs-, Festigungs– oder Speichergewebe ausdifferenzierenden Zellen entsteht nach innen Holz (sekundäres Xylem). Nach außen entsteht Bast (Phloem, sprich Phlo-em), aus dem die Innenrinde besteht und aus dem später die vom Phellogen gebildete Borke entsteht. Die Produktion von Xylemzellen übersteigt die Produktion von Phloemzellen um ein Vielfaches, so dass der Rindenanteil am gesamten Stamm nur etwa 5 bis 15 Prozent beträgt.

          In der nördlichen gemäßigten Zone gibt es klimatisch bedingt vier Wachstumsphasen:

          Ruhephase (November bis Februar)
          Mobilisierungsphase (März, April)
          Wachstumsphase (Mai bis Juli): Holzzellen, die in dieser Jahreszeit entstehen, sind großlumig, dünnwandig und von heller Farbe und bilden das sogenannte Frühholz
          Depositionsphase (August bis Oktober): Holzzellen, die in dieser Jahreszeit entstehen, sind kleinlumig, dickwandig und von dunkler Farbe und bilden das sogenannte Spätholz (bzw. Herbstholz)

          Durch dieses zyklische Wachstumsverhalten entstehen Jahresringe, die deutlich in einem Querschnitt durch einen Stamm erkennbar sind (siehe auch Dendrochronologie).

          Struktur

          Holz weist einen artspezifischen anatomischen Aufbau auf, so dass sich Holzarten anhand ihrer Makro– und Mikrostrukturen voneinander unterscheiden lassen. Die wissenschaftliche Beschreibung von Holzstrukturen und Bestimmung von Holzarten ist Aufgabe der Holzanatomie.

          Verschiedene Holzstrukturen

          Fichtenholz (Picea abies) im REM

          Eichenholz (Quercus robur) mit Porenreihen (Querschnitt)

          Buchenholz (Fagus sylvatica) mit Holzstrahlen (Tangentialschnitt)

          Holz der Maulbeerfeige (Ficus sycomorus) mit Axialparenchym (lichtmikroskopische Aufnahme)

          Chemische Bestandteile

          Zusammensetzung der Zellwand bei
          mitteleuropäischen Nadel- und Laubhölzern[3]

          Substanz
          Nadelholz
          Laubholz

          Zellulose
          42–49 %
          42–51 %

          Hemicellulose
          24–30 %
          27–40 %

          Lignin
          25–30 %
          18–24 %

          Extraktstoffe
          2–9 %
          1–10 %

          Mineralien
          0,2–0,8 %

          Die verholzte Zellwand der Laub- und Nadelhölzer enthält die Gerüstsubstanzen Zellulose, Hemicellulosen und Lignin sowie in geringem Umfang sogenannte Extraktstoffe. Zellulose und Hemicellulose werden oft unter dem Begriff Holozellulose zusammengefasst. Mikrofibrillen stellen das wesentliche Strukturelement der Zellwand dar.

          Die Anteile des Lignins und der Hemicellulose sind bei Nadel- und Laubhölzern unterschiedlich. Die elementaren Massenanteile von trockenem Holz sind etwa 50 % Kohlenstoff, 43 % Sauerstoff, 6 % Wasserstoff und 1 % Stickstoff und andere Elemente.[4]

          Nadelholz

          → Hauptartikel: Nadelholz

          Entwicklungsgeschichtlich sind Nadelhölzer älter als Laubhölzer, haben daher einen einfacheren anatomischen Zellaufbau als diese und besitzen nur zwei Zellarten.

          Tracheiden: Langgestreckte (prosenchymatische), an den Enden spitz zulaufende Zellen, die nur mit Luft oder Wasser gefüllt sind. Sie vereinigen Leitungs– und Festigungsfunktion und haben einen Anteil von 90 bis 100 Prozent der Holzsubstanz. Über sogenannte Tüpfel bzw. Hoftüpfel erfolgt der Wasseraustausch zwischen den Zellen. In den Holzstrahlen sorgen sie als Quertracheiden für den Wasser– und Nährstofftransport in radialer Richtung. Sie haben einen Anteil von 4 bis 12 Prozent an der gesamten Holzsubstanz.
          Parenchymzellen: Im Längsschnitt meist rechteckige Zellen, die die Leitung von Nähr– und Wuchsstoffen sowie die Speicherung von Stärke und Fetten übernehmen. In radialer Richtung bilden sie als Holzstrahlparenchym den Großteil des Holzstrahlgewebes. Die die Harzkanäle umgebenden Parenchymzellen fungieren als Epithelzellen und produzieren das Harz, das sie in den Harzkanal ausscheiden.

          Nadel- und Laubbaumholz

          Fichtenholz

          Kiefernholz

          Kirschbaumholz

          Palisanderholz

          Laubholz

          → Hauptartikel: Laubholz

          Das entwicklungsgeschichtlich jüngere Laubholzgewebe ist wesentlich differenzierter als das des Nadelholzes. Man kann es in drei funktionale Gruppen einteilen.

          Leitgewebe: Gefäße (Tracheen), Gefäßtracheiden, vasizentrische Tracheiden. Die beiden letzteren sind Zwischenstufen in der Entwicklung von der Tracheide zum Gefäß.
          Festigungsgewebe: Libriformfasern, Fasertracheiden
          Speichergewebe: Holzstrahlenparenchymzellen, Längsparenchymzellen, Epithelzellen

          Charakteristisch für Laubhölzer sind die in Nadelhölzern nicht vorhandenen Gefäße. Sie sind oft mit bloßem Auge als kleine Poren im Holzquerschnitt und als Rillen im Tangentialschnitt zu erkennen. Nach der Anordnung dieser Tracheen unterscheidet man:

          ringporige Hölzer (z. B. Eiche, Edelkastanie, Esche, Robinie, Ulme). Diese Arten bilden im Frühholz weitlumige Gefäße, im Spätholz hingegen vorwiegend englumige Tracheiden und Holzfasern.
          halbringporige Hölzer (z. B. Nussbaum, Kirsche, Faulbaum)
          zerstreutporige Hölzer (z. B. Birken, Erle, Linde, Pappel, Rotbuche, Weide). Diese Arten bilden während der ganzen Vegetationsperiode Gefäße mit ungefähr gleichem Lumen.

          Die Zuwachszonen (Jahresringmuster) sowie die artspezifische Anordnung von Poren– und Parenchymsträngen ergeben die charakteristische Maserung der Holzarten.

          Verkernung

          → Hauptartikel: Kernholz

          Von der Verkernung von Holz spricht man, wenn die inneren Wasserleitbahnen des Stammes unterbrochen werden und die Zellen absterben. Dies geschieht bei Nadelhölzern durch Verschließen der Hoftüpfel und bei zahlreichen Laubhölzern durch eine Verthyllung der Zelllumen in einem Alter von ca. 20–40 Jahren. Danach werden phenolische Kerninhaltsstoffe gebildet und in die Zellwände eingelagert, was oft zu einer Erhöhung der natürlichen Dauerhaftigkeit führt. Ist der Kernbereich deutlich durch eine dunkle Färbung zu erkennen, spricht man von Kernholzbäumen (z. B. Eiche, Kiefer, Douglasie, Lärche, Robinie). Wenn kein Farbunterschied zu erkennen ist, aber über den verringerten Feuchtigkeitsgehalt darauf geschlossen werden kann, dass der Innenbereich verkernt ist, spricht man von Reifholzbäumen (z. B. Fichte, Tanne, Linde, Birnbaum). Reifholz ist echtes Kernholz.

          Zahlreiche Bäume neigen demgegenüber zu einer fakultativen Verkernung (z. B. Esche, Buche, Kirsche). Der Kern ist zwar farblich abgesetzt, man spricht aber von einem Falschkern, da die Kernbildung nicht endogen und regelmäßig stattfindet, sondern durch exogene Einflüsse (Verletzungen) ausgelöst wird. Der Falschkern hat keine erhöhte Dauerhaftigkeit. Als Splintholz bezeichnet man den Bereich des Stammes, der aktiv am Wasser– und Nährstofftransport und der Speicherung teilnimmt.

          Tropenholz

          Der Begriff Tropenholz ist durch die Herkunft des Holzes definiert und steht daher außerhalb der Pflanzensystematik. Unter Tropenholz wird vorwiegend das Kernholz tropischer Laubholzarten verstanden. Tropische Hölzer enthalten meist eine artspezifische charakteristische Anordnung der Poren und des Parenchyms. Viele tropische Hölzer zeichnen sich durch vorteilhafte mechanische Eigenschaften infolge des sogenannten Wechseldrehwuchses und durch höhere Dauerhaftigkeit infolge eines sehr hohen Kernstoffgehalts aus. Oftmals werden Farbe oder Maserung als ansprechend empfunden (Edelholz). Die Struktur von Tropenhölzern ist aufgrund des konstanteren Klimas in den Tropen gleichmäßiger als die von Jahrringen geprägte Struktur von Hölzern aus den gemäßigten Breiten. Der Konsum von Tropenholz wird in den Industrieländern seit den 1970er Jahren kritisch diskutiert, da der Bestand der tropischen Regenwälder unter anderem durch Raubbau gefährdet ist. Andererseits stellt Holz einen wichtigen Wirtschaftsfaktor für viele tropische Länder dar und ist (wie auch in den gemäßigten Zonen) eine wichtige Einkommensquelle für die ländliche Bevölkerung. Umweltverbände kritisieren allerdings, dass dieser Bevölkerungsteil am wenigsten am gesamten Holzeinschlag in den Tropen profitiere.

          Eine hohe Entwaldungsrate hat Indonesien: Der jährliche Nettoverlust an Wald betrug im Zeitraum 2000 bis 2005 nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) etwa 1,8 Millionen Hektar Wald, eine Fläche, die der Größe Sachsens entspricht.[5] (Der Nettozuwachs an Wald betrug in China in diesem Zeitraum jährlich etwa vier Millionen Hektar.) Der größte Anteil des globalen Tropenwaldverlustes wird laut FAO durch Wanderfeldbau und Brennholznutzung verursacht. Letztere machte im Jahr 2000 etwa 83 Prozent des Holzeinschlags in tropischen Ländern aus. Zum Schutz der tropischen Regenwälder haben Umweltschutzorganisationen wie WWF, Greenpeace, NABU und BUND die FSC-Zertifizierung maßgeblich mit initiiert. Andere Organisationen wie Pro Regenwald, Rettet den Regenwald und Watch Indonesia! fordern den vollständigen Verzicht auf Tropenholz zum Schutz der letzten noch erhaltenen Regenwälder, da sie der Meinung sind, dass ein Schutzsiegel die ökologisch verantwortliche und sozial verträgliche Waldbewirtschaftung nicht gewährleisten kann.[6]

          Tropenhölzer lassen sich bei sorgfältiger Holzauswahl und sachgerechter Planung in Bezug auf die Dauerhaftigkeit immer auch durch heimische Hölzer ersetzen, es muss lediglich auf die besonderen optischen Merkmale der Tropenhölzer verzichtet werden.

          Beispiele: Meranti, Mahagoni, Teak, Balsaholz, Palisander, Bangkirai (Yellow Balau), Bongossi, Abachi, Framiré, Merbau, Ovangkol, Ramin, Afzelia, Wengé

          Eigenschaften

          Die Eigenschaften des Holzes sind geprägt durch seine organische Natur, seine Porosität, seine Anisotropie und seine Hygroskopizität. Holzeigenschaften sind grundsätzlich artspezifisch, variieren aber auch innerhalb einer Art bedingt durch die Herkunft des Holzes. Splint- und Kernholz unterscheiden sich nur in Bezug auf Permeabilität und Dauerhaftigkeit, in ihren technischen Eigenschaften jedoch meist nicht.

          Hygroskopische Eigenschaften

          Die hygroskopische Eigenschaft von Holz – d. h. seine Neigung, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen oder abzugeben – bewirkt seine vergleichsweise geringe Dimensionsstabilität bei wechselnder Umgebungsfeuchte. Die Holzfeuchtigkeit gleicht sich dem Umgebungsklima an. Feuchtigkeitsänderungen unterhalb des Fasersättigungsbereiches (je nach Holzart 25–35 % Holzfeuchte) gehen mit Dimensionsänderungen einher (Quellung und Schwindung). Einige Holzarten wie z. B. Teak haben aufgrund der Einlagerung hydrophober Substanzen ein geringes Schwindmaß. Ein technisches Verfahren zur Verminderung der Hygroskopizität ist die Holzmodifikation.

          Anisotropie

          Nahezu alle Holzeigenschaften unterscheiden sich in den drei anatomischen Grundrichtungen des Holzes (axial, radial, tangential). Das bewirkt z. B. ein ungleichmäßiges Schwinden des Holzes während der Trocknung. Bei den mitteleuropäischen Nutzholzarten beträgt das maximale Schwindmaß im Mittel axial 0,3 %, radial 5 % und tangential 10 %. Holz schwindet beim Trocknen also tangential (parallel zu den Jahrringen) etwa doppelt so stark wie radial (parallel zu den Holzstrahlen), so dass insbesondere bei großdimensionierten Hölzern leicht radiale Risse (Schwindrisse) entstehen. Der Quellungs-/Schwindungskoeffizient gibt die Maßänderung pro Prozent Holzfeuchteänderung an (Schwindmaß).

          Dichte und elastomechanische Eigenschaften

          Eigenschaften ausgewählter Holzarten[7]

          Holzart

          Roh-
          dichte
          (kg/m3)

          Schwindungs-
          koeffizient

          Festigkeiten (N/mm2)

          E-Modul
          (N/mm2)

          Dauerhaftig-
          keitsklasse
          (DIN
          EN 350-2)

          radial
          tang.
          Zug
          (axial)
          Druck
          (axial)
          Biegung
          (quer)
          Schub
          (axial)

          Fichte
          470
          0,15
          0,32
          80
          40
          68
          7,5
          10.000
          4

          Kiefer
          520
          0,15
          0,30
          100
          45
          80
          10
          11.000
          3–4

          Lärche
          590
          0,20
          0,44
          105
          48
          93
          9
          12.000
          3–4

          Birke
          650
          —
          —
          137
          60
          120
          12
          14.000
          5

          Buche
          690
          0,19
          0,34
          135
          60
          120
          10
          14.000
          5

          Eiche
          670
          0,15
          0,26
          110
          52
          95
          11,5
          13.000
          2

          Esche
          690
          0,19
          0,34
          130
          50
          105
          13
          13.000
          5

          Robinie
          730
          —
          —
          148
          60
          130
          16
          13.500
          1–2

          Sipo
          590
          0,22
          0,25
          110
          58
          100
          9,5
          11.000
          2

          Azobé
          1060
          0,32
          0,42
          180
          95
          180
          14
          17.000
          1

          Die sogenannte Rohdichte des Holzes schwankt mit der Holzfeuchte. Bei einer Holzfeuchte von 12 % (Normalfeuchte in beheizten Innenräumen) umfasst die Rohdichte in Abhängigkeit von der Holzart einen Bereich zwischen 200 kg/m3 und 1200 kg/m3. Frisches Holz weist wesentlich höhere Werte auf. So liegt das Landungsgewicht von frischem Eichenholz um 1000 kg/m3, im getrockneten Zustand (12 % Holzfeuchte) bei 670 kg/m3. Die Rohdichte gilt als Schlüsselvariable für die meisten technischen Holzeigenschaften, mit denen sie korreliert ist. Dichtemessungen werden daher häufig zur Prüfung der Holzgüte eingesetzt (Beispiel: Resistograph). Im Gegensatz zur Rohdichte ist die Reindichte der darrtrockenen, hölzernen Zellwand weitgehend unabhängig von der Holzart und beträgt 1500 kg/m3.

          Holz ist ein viskoelastischer Werkstoff, und seine elastomechanischen Eigenschaften unterliegen daher dem Zeiteinfluss. Es müssen also sowohl die Belastungsdauer als auch die Art der Krafteinwirkung (statisch oder dynamisch) berücksichtigt werden. Neben der Dichte und der Belastungsrichtung beeinflussen die Struktur des Holzes, seine Vorgeschichte und die Holzfeuchte die elastomechanischen Eigenschaften. Es ist ferner zu beachten, dass Dichte und elastomechanische Eigenschaften einzelner Holzarten einer natürlichen Varianz von 10–22 % unterliegen können.

          Von allen Festigkeiten des Holzes hat seine Zugfestigkeit die höchsten Werte, während die Druckfestigkeit des Holzes etwa 50 % und die Scherfestigkeit (Schubfestigkeit) nur etwa 10 % der Zugfestigkeitswerte erreichen. Die Zugfestigkeit von herkömmlichem Baustahl (370 N/mm2; 7800 kg/m3) ist zwar fünf- bis sechsmal so hoch wie die Zugfestigkeit von Bauholz (~80 N/mm2; 450 kg/m3), letzteres ist aber etwa 16-mal so leicht; der hier genannte Festigkeitswert bezieht sich auf die Belastung längs zur Faser. Holz zeichnet sich daher durch sein günstiges Verhältnis von Festigkeit und Gewicht aus.

          Akustische Eigenschaften

          Die Schallgeschwindigkeit erreicht in Holz faserparallel Werte von 4000 bis 6000 m/s, quer zur Faser nur 400 bis 2000 m/s. Einflussparameter auf die Schallgeschwindigkeit sind Dichte, Elastizität, Faserlänge, Faserwinkel, Holzfeuchte, Holzfehler (Äste, Risse). Wegen seiner guten akustischen Eigenschaften wird Holz im Musikinstrumentenbau eingesetzt. Es ist aber auch als Material für Schalldämmungen geeignet. Spanplatten mit einer Flächendichte von 15 bis 20 kg/m2 erreichen eine Schalldämmung von 24 bis 26 dB.

          Schalllaufzeitmessungen werden zur Prüfung des dynamischen E-Moduls bei der Gütekontrolle von Schnitthölzern und zur Diagnose des Zustands von Bäumen (Schalltomographie) eingesetzt.

          Thermische Eigenschaften

          Holz ist aufgrund seiner Porosität ein schlechter Wärmeleiter und eignet sich daher bedingt als Wärmedämmung. Fichtenholz hat eine Wärmeleitfähigkeit von 0,13 W/(m·K), zum Vergleich Stahlbeton: 2,00 W/(m·K). Bei Spanplatten liegt sie mit etwa 0,10 W/(m·K) noch niedriger. Dämmplatten aus Holzweichfaser erreichen 0,04 W/(m·K). Die Wärmeleitfähigkeit steigt mit der Holzfeuchte und der Rohdichte des Materials.

          Die spezifische Wärmekapazität, d. h. die Wärmemenge, die nötig ist, um 1 kg eines Materials um 1 Kelvin zu erwärmen, ist bei Holz mit 0,472 Wh/(kg·K) fast doppelt so hoch wie bei Beton mit 0,244 Wh/(kg·K). Die Wärmedehnung kann bei Holz in der Praxis vernachlässigt werden, da sie durch das Schwindverhalten infolge Trocknung überkompensiert wird.

          Die thermische Zersetzung von Holz setzt bei Temperaturen über 105 Ã‚°C ein, wird ab 200 Ã‚°C stark beschleunigt und erreicht ihren Höhepunkt bei 275 Ã‚°C. Ein thermischer Holzabbau kann aber bei längerer Exposition schon bei Temperaturen unter 100 Ã‚°C stattfinden. Der Flammpunkt des Holzes liegt zwischen 200 und 275 Ã‚°C. Bei Abwesenheit von Sauerstoff kommt es zur Pyrolyse. Mitteleuropäische Nutzhölzer haben bei einem üblichen Wassergehalt von 20 % einen Heizwert zwischen 3,9 und 4,0 kWh/kg.

          Optische Eigenschaften

          Farbe und Struktur des Holzes werden als ästhetisch ansprechend empfunden. Starke Astigkeit und unregelmäßige Verfärbungen gelten aber als Holzfehler. Infolge der Wirkung des ultravioletten Lichts dunkelt Holz nach. Über einen langen Zeitraum schädigt Ultraviolettstrahlung das Holz oberflächlich. Dabei wird vor allem das Lignin denaturiert und abgebaut und im Falle direkter Bewitterung nachfolgend vom Regenwasser ausgewaschen. Die Oberfläche wirkt dann schmutzig grau. Unterbleibt die Einwirkung von Regenwasser, erhält das Holz infolge der UV-Wirkung eine silbrig-weiße Farbe. Die Wirkung des Sonnenlichts ist auf die Oberfläche begrenzt. Ihr kann durch pigmenthaltige Lasuren bzw. Lackierung begegnet werden.

          Biologische Eigenschaften

          Holz ist biologisch abbaubar, ist dadurch aber auch anfällig gegenüber biotischen Schädlingen. Es kann also z. B. von Insekten, Pilzen oder Bakterien angegriffen und in seiner Substanz nachhaltig zerstört werden. Pilze können ab einer Holzfeuchte von etwa 20 % Holz angreifen. Bläuepilze (Ascomyceten, Fungi imperfecti) bewirken nur eine oberflächliche Verfärbung, während holzabbauende Ständerpilze Weißfäule bis Braunfäule verursachen. Moderfäule und Abbau durch Bakterien ist nur bei hoher Feuchtigkeit, vor allem im Erdkontakt möglich. Die Larven holzzerstörender Insekten wie Hausbock und Nagekäfer können noch bei geringerem Feuchtegehalt das Holz angreifen. Widerstandsfähigere Kernhölzer werden nur sehr langsam biotisch abgebaut. Ihre Resistenz wird nach Resistenzklassen 1–5 entsprechend DIN EN 350-2 eingeteilt.

          Der biotische Holzabbau lässt sich weitgehend durch konstruktiven Holzschutz vermeiden oder vermindern. Dabei stehen die Verhinderung der Befeuchtung sowie ggf. der Einsatz geeigneter resistenter Kernhölzer im Vordergrund. Bei direkt bewitterten Hölzern im Außenbau wie freistehenden Holzkonstruktionen und Masten ist ein fachgerechter chemischer Holzschutz angeraten und für tragende Konstruktionen nach DIN 68 800 vorgeschrieben. Eine neue Möglichkeit, Holz gegen feuchtebedingte Dimensionsänderungen und Fäule unempfindlicher zu machen, ist die Holzmodifikation als Thermoholz oder acetyliertes Holz.

          Zu den biologischen Holzeigenschaften gehört auch die Durchlässigkeit des Holzes, die durch dessen anatomische Struktur bedingt ist. Tüpfelverschluss und Verthyllung vermindern die Durchlässigkeit und damit die Tränkbarkeit des Holzes.

          Verarbeitung und Anwendungsgebiete

          Holzverwendung im Bauwesen
          Das größte selbsttragende Holzdach der Welt steht auf der Messe in Hannover und wurde zur EXPO 2000 gebaut
          Jahrtausendturm in Magdeburg
          Höchstes Holzbauwerk: Sender Gleiwitz

          Die Holzgewinnung als Urproduktion zählt als Teil respektive nachgeschalteter Wirtschaftszweig zur Forstwirtschaft und mit dieser zum Agrarsektor. Das umfasst die ersten Verarbeitungsschritte bis zur Sägeware respektive zu Industrieholz und Brennholz. Die folgende Holzverarbeitung gehört schon zum produzierenden Gewerbe.

          Holz zählt zu den nachhaltigen Rohstoff- bzw. Energiequellen, sofern die genutzte Menge nicht die nachgewachsene Menge übersteigt. Die leichte Bearbeitbarkeit und der damit verbundene niedrige Energiebedarf bei der Gewinnung und Verarbeitung spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der ökologischen Bewertung. In Ökobilanzen schneiden Holzprodukte hervorragend ab.

          Holz wird entweder als Schnittholz, als Furnier, als Holzwerkstoff oder als Faserstoff verarbeitet. Schnittholz und Furnier werden durch Holztrocknung und anschließende Konditionierung auf die jeweilige Verwendungsfeuchte gebracht. Dies geschieht heutzutage ausschließlich durch industrielle Trocknungsverfahren.

          Historische Nutzung

          Holz wurde seit der Altsteinzeit zur Energiegewinnung (Feuer), für Waffen und Wurfgegenstände, als Material für Werkzeuge und einfache Geräte[8] und seit der Jungsteinzeit zunehmend auch als Baumaterial intensiv genutzt.

          Schon im Verlauf der Hominisation hatte die Fertigkeit im Umgang mit Geräten zugenommen (was aber wegen der Überlieferungschance nur an Steingerät nachgewiesen werden kann), während andere Primaten nicht über einfachste Formen der Verwendung von Holz etwa zum Nestbau und zum Stochern hinauskamen (siehe Werkzeuggebrauch bei Tieren).

          Holz als Baustoff

          Siehe auch: Bauholz und Holzwerkstoff

          Holz findet im Bauwesen als Bauholz Verwendung und kann dort z. B. als Vollholz, Brettschichtholz oder in Form von Holzwerkstoffen eingesetzt werden. Es wird sowohl für konstruktive, isolierende als auch für Verkleidungen eingesetzt. Auf tragenden Holzkonstruktionen basiert der Holzrahmenbau, der Holzskelettbau sowie der traditionelle Fachwerkbau. Der Einsatz von Brettschichtholz und Holzwerkstoffen erlaubt dem modernen Ingenieurholzbau ungewöhnliche Holzkonstruktionen, wie z. B. das EXPO-Dach[9] in Hannover und die 190 m lange Holzbrücke bei Essing über den Main-Donau-Kanal. Die zunehmende Verwendung von Brettschichtholz (Leimholzträger) in Hallenkonstruktionen ist durch Unglücksfälle in die Diskussion geraten. Die Schäden beruhten auf Konstruktionsfehlern und mangelnder Kontrolle. Die normgerechten Tragfähigkeitsreserven von Holzkonstruktionen sind derart hoch, dass bei regelmäßiger Inspektion keine Risiken bestehen.

          Holz als tragendes Material wird zumeist für kleinere Gebäude oder obere Etagen und Dachbauten anderer Gebäude eingesetzt. Das höchste Holzgebäude Deutschlands steht in Magdeburg. Es handelt sich um den Jahrtausendturm (eröffnet 1999 im Rahmen der Bundesgartenschau auf dem Gelände des Elbauenparks). Das höchste europäische wirtschaftlich genutzte Haus mit fünf Stockwerken steht in Espoo in Finnland. Der Bau wurde hauptsächlich von dem finnischen Unternehmen Finnforest geleitet und im Jahre 2005 abgeschlossen.

          2013 wurde der Aussichtsturm Pyramidenkogel mit 70 m hoher Plattform in Kärnten aus geschwungenen Leimholzpfählen – ausgesteift und verspannt mit Stahlelementen – errichtet.

          Im Betonbau werden wesentliche Teile von Schalungen, nämlich die Standardelemente Schalungsträger, Schaltafeln (aus beschichtetem Dreischicht-Holz) und Schalelemente (aus wasserfestem Sperrholz in Metallrahmen) aus Holz hergestellt. Formen für Säulen aus abwickelbarem Karton basieren auf Zellulosefasern aus Holz. Ein Teil der Holzschalung geht als Brennholz verloren, viele Elemente werden – eventuell nach Entnagelung weiterverwendet.

          Holz geringer Dichte kann in roher oder verarbeiteter Form zur thermischen Isolation (Dämmstoffe) eingesetzt werden (z. B. Faserdämmplatten, Balsa zur Isolation von Flüssiggastanks). Holzfaserplatten höherer Dichte haben gute akustische Dämmeigenschaften. Spanplatten (Flachpressplatte, OSB) werden ebenso wie Sperrholzplatten für Schalungen und für Wandelemente im Holzrahmenbau eingesetzt.

          Im Unterschied zu Metallen ist Holz elektrisch nicht leitfähig. Aus diesem Grund baute man in den dreißiger Jahren zahlreiche Sendetürme für Mittelwellensender aus Holz, wobei der Antennendraht im Innern des Turmes aufgehängt wurde.

          Mit Ausnahme des Sendeturms des Senders Gleiwitz wurden alle diese Bauwerke entweder am Ende des Zweiten Weltkriegs zerstört oder inzwischen abgerissen. Weiterhin nutzt die Deutsche Telekom AG in Brück zwei 54 Meter hohe Holztürme, die ohne Verwendung von Metallteilen hergestellt wurden. Diese dienen zur Aufnahme von auszumessenden Antennen. Durch die metallfreie Konstruktion der Türme ist ein ungestörtes Ausmessen der Antennendiagramme möglich.

          Weitere Anwendungen: Holz wird als Schalungsholz in Baugruben sowie für Masten und Holz-Bahnschwellen zur Körperschalldämpfung auf Brücken und über Tunnelbauten eingesetzt. Früher wurde Nadelholz im Bergbau als Stempel zum Abstützen der Stollen verwendet, da es vor dem Brechen knackende Geräusche abgibt (Warnfähigkeit des Holzes). Holz wird auch zur Herstellung von Behältern und Silos zur Aufbewahrung aggressiver Salze verwendet.

          Die Brennbarkeit von Holz ist zunächst ein Nachteil beim Einsatz als Bau- und Konstruktionswerkstoff. Zu beachten ist jedoch, dass Holz im Brandschutz auch Vorteile gegenüber Stahlkonstruktionen haben kann. Dies gilt im Speziellen, wenn andere brennbare Stoffe hinzukommen. Holz wird bei großen Querschnitten als brandhemmend eingestuft, da auf seiner Oberfläche unter Feuereinwirkung eine hitzeisolierende Kohleschicht entsteht, die das innere Holz schützt. Durch Bauweise und durch brandhemmende Anstriche lässt sich die Widerstandsdauer einer Holzkonstruktion steigern. Die Gebäudestabilität sinkt im Brandfall nur langsam und abschätzbar, wohingegen Stahlkonstruktionen aufgrund des temperaturbedingten Festigkeitsverlustes zum plötzlichen, unkontrollierten Zusammenbruch neigen.[10]

          Holz als Konstruktionswerkstoff

          Gewachsenes Holz ist ein natürlicher dreidimensionaler Faserverbundwerkstoff mit vergleichsweise geringer Dichte, aber hoher Steifigkeit und Festigkeit. Die Leichtbaueigenschaften sind näherungsweise vergleichbar mit denen von glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Gewachsenes Holz ist meistens gegen Materialermüdung sehr widerstandsfähig, lässt sich gut bearbeiten und hat vorteilhafte ästhetische sowie ergonomische Eigenschaften. Je nach Holz- und Holzwerkstoff sind Kostenvorteile gegenüber anderen Konstruktionswerkstoffen vorhanden. Holz- und Holzwerkstoffe dämpfen gut mechanische Schwingungen, vergleichbar mit Kunststoffen. Problematisch bei der konstruktiven Verwendung sind oftmals die Richtungsabhängigkeit der Werkstoffeigenschaften (Anisotropie) und die Interaktion mit Wasser. Das Quellen und Schwinden hat Einfluss auf die Dimensionsstabilität und wird umgangssprachlich oft als Arbeiten des Holzes bezeichnet.

          Holz wird in Vollholz (Massivholz) und Holzwerkstoffe eingeteilt. Für die Holzwerkstoffe existieren unterschiedliche Einteilungen. Häufig wird in:

          Vollholzwerkstoffe (z. B. Brettschichtholz),
          Furnierwerkstoffe (z. B. Sperrholz),
          Spanwerkstoffe (z. B. Oriented Strand Board),
          Faserwerkstoffe (z. B. Faserplatte),
          Verbundwerkstoffe (z. B. Wood-Plastic-Composite),

          unterschieden. Holzwerkstoffe bestehen immer aus einzelnen Holzelementen (z. B. Holzfasern, Furnieren) und Bindemittel. Weiterhin kann eine Einteilung nach:

          Halbwaren in Form von Vollholz wie Bretter, Leisten, Stäbe, Platten und Furniere,
          Halbwaren in Form von Holzwerkstoffen, wie beispielsweise Spanplatten, Holzfaserplatten verschiedener Dichte oder Sperrholz
          Blöcken zum Drechseln und Schnitzen,
          Leimbindern als Tragwerkselemente, Schalungsträger und Schichtplatten für Betonschalung,
          Klangholz für Musikinstrumente

          erfolgen. Je nach Holzelement und verwendetem Bindemittel werden die Eigenschaften von Holzwerkstoffen im Vergleich zu gewachsenem Holz verändert. Es ist deshalb sehr wichtig, für einen Konstruktionswerkstoff eine jeweils sinnvolle Auswahl des Holzwerkstoffs zu treffen.
          Anwendungsfelder von Holz- und Holzwerkstoffen sind:

          Musikinstrumente,
          Tischlereiprodukte, wie Möbel, Fenster, Türen und Treppen,
          Sportgeräte,
          Werkzeugriffe und -stiele,
          das Bauwesen (Ingenieurholzbau)
          der Maschinenbau z. B. in der Intralogistik einem Teilgebiet der Fördertechnik bei Skidfördersystemen[11]
          der Bootsbau
          der Wagen-, Wagonbau und auch Zweiradbau (Bekamo, Bambus-Fahrräder)
          Paletten und Kisten im Transport- und Lagerwesen, Spanschachteln als Verpackung
          früher leiternbasierter Gerüstbau, gebohrte Wasserleitungsrohre, Wasserbau für Mühlen, Mühlräder, landwirtschaftliche Geräte und Maschinen, Räder für Transmissionsriemen, Haushaltsgeräte, Rückentrage

          Gegenwärtig werden auch neue Anwendungsgebiete wie Raumfahrt und Satellitentechnik erschlossen.[12] Trotz bekannter Nachteile[13] sollen damit Probleme wie Weltraumschrott durch rückstandsloses Verglühen nach Nutzungsende eingeschränkt und neue Varianten der Systemintegration ermöglicht werden.[14]

          Holz (gestockt oder vereist)

          Kugelschreiber mit einem Gehäuse aus gestockter Buche

          Eine besondere Art, gewachsenem Holz eine außergewöhnliche Struktur zu verleihen, besteht darin, dieses durch Lagern in einer feuchten Umgebung mit einem parasitären Pilz zu infizieren (Stocken). Der Pilz durchdringt die Schichten des Holzes und verändert die Beschaffenheit der Zellen. Durch dieses Verfahren entstehen individuelle Muster und Farbschattierungen. Das so behandelte Holz eignet sich anschließend hervorragend zur Herstellung von Designobjekten aller Art. Um die durch den Pilz geschwächte Holzstruktur zu stabilisieren, werden in der Regel nach dem Stocken Harze oder Kunststoffe durch spezielle Vakuumverfahren in das Material eingebracht.[15]

          Zu ähnlichen Ergebnissen wie das Stocken führt ein besonderer Vereisungsprozess, der auf Buchenholz angewendet wird. Nach dem Durchfeuchten des Holzes wird dieses vereist und danach getrocknet. Als Resultat erhält man ein sehr helles Holz, das fast schwarz gemasert ist. Dieses auch sehr selten in der Natur vorkommende Ergebnis wird als Eisbuche bezeichnet.[16][17]

          Holz als Ausstattungsmaterial

          Die ästhetischen Holzeigenschaften stehen bei der Verwendung von Holz als Parkett sowie für Decken– und Wandvertäfelungen im Vordergrund. Hier kommen zum Teil tropische Edelhölzer oder sogenannte Buntlaubhölzer (z. B. Kirschbaum, Elsbeere), die vorwiegend als Furnier verarbeitet werden, zum Einsatz. Auch im Möbelbau wird heutzutage hauptsächlich gemessertes Deckfurnier verwendet. Holzfußböden müssen zudem ausreichend abriebfest sein, daher werden meist Harthölzer verarbeitet.

          Auch psychophysiologische Wirkungen sind bekannt: bei einer Vergleichsstudie des Joanneum-Instituts an einer österreichischen Schule ergab sich ein deutlicher stressreduzierender, u. a. die Herzfrequenz senkender Effekt auf diejenigen Schüler, die in holzverkleideten Klassenzimmern unterrichtet wurden.[18] Ebenso sank die von den Lehrern empfundene soziale Beanspruchung durch die Schüler.[19]

          Industrieholz

          → Hauptartikel: Industrieholz
          OSB-Platte

          Holz ist der wichtigste Grundstoff in der Zellstoff- und Holzwerkstoffindustrie. Der Rohstoff wird dabei entweder nur mechanisch zerkleinert oder zusätzlich chemisch aufgeschlossen. Vorprodukte sind Hackschnitzel (zerkleinertes Holz), Späne, Holzfasern oder auch Furniere (Holzblätter). Grundsätzlich wird nur entrindetes Holz verarbeitet. Für die Herstellung von Holzwerkstoffen werden beleimte Späne oder Holzfasern verpresst. Sperrholz hingegen besteht aus kreuzweise verleimten Furnieren, die meist aus gedämpften Blöcken geschält wurden.

          Für die Zellstoffherstellung muss das Lignin weitestgehend aus dem Fasergrundstoff entfernt werden. Gängige Aufschlussverfahren sind das Sulfatverfahren und das Sulfitverfahren. Das Restlignin wird durch Bleichen des Zellstoffs beseitigt. Bei der Herstellung von Holzstoff oder Holzschliff als Grundstoff für Pappen und minderwertige Papiere verbleibt das Lignin in der Fasermasse. Papier aus Zellstoff erhielt früher die Bezeichnung holzfrei. Aus Zellstoff und Holzstoff werden u. a. Papier, Pappe und Zelluloseprodukte wie Zelluloid und Viskosefasern hergestellt.

          Holz als Rohstoff für die Herstellung von Textilien

          Für die Herstellung von Textilien „aus Holz“ wird Chemiezellstoff verwendet (siehe auch Sulfitverfahren) und zu Garnen und Stoffen aus Viskose, Cupro, Celluloseacetat oder anderen auf Zellstoff basierenden Chemiefasern weiterverarbeitet.

          Recycling und energetische Nutzung

          Aufgeschichtetes Holz, Brennholzstapel
          Recycling-Code für Holz

          Holz kann in reiner Form problemlos durch Kompostierung oder durch Verbrennung bei gleichzeitiger Energiegewinnung entsorgt werden. Brennholz weist als nachwachsender Rohstoff eine gute Ökobilanz auf, wenn es nachhaltig angebaut und gewonnen wird. Alt- und Abfallholz wird zunehmend als Brennmaterial in Biomassekraftwerken zur regenerativen und CO2-neutralen Energiegewinnung genutzt. Holz findet außerdem Verwendung als Brennstoff in Holzöfen. Durch die Entwicklung automatisierter Befeuerungsanlagen für Holzpellets oder Hackschnitzel ist Holz als Brennstoff inzwischen nicht nur ökonomisch, sondern auch hinsichtlich des Komforts der Verbrennung von Öl oder Gas gleichwertig. 2006 wurden in Deutschland damit etwa 2 Prozent der Primärenergieversorgung gedeckt, was angesichts des Fehlens von Subventionen als wirtschaftlicher Erfolg zu betrachten ist.

          Seit März 2010 werden besonders emissionsarme Holzvergaserkessel staatlich im Rahmen des MAP (Marktanreizprogramm für erneuerbare Energien) subventioniert.

          Eine weitere Recycling-Methode ist die Hochtemperatur-Verschwelung. Mittels dieses Verfahrens können aus Holz und anderen organischen Stoffen chemische Grundstoffe hergestellt werden, die fossile Quellen ersetzen. Sie stellt zugleich eine stoffliche Nutzbarkeit von Holz und anderen nachwachsenden Rohstoffen dar, die mit Rückgang der fossilen Energieträger stark an Bedeutung gewinnen könnte. Holz hat den Recycling-Code-50 (FOR).

          Weitere stoffliche Anwendungen:

          Räucherholz (Rauchherstellung durch Verschwelung) zur Lebensmittelkonservierung
          Rohstoff für chemische Erzeugnisse wie Teer, Holzkohle
          Ausgangsmaterial für die Herstellung von Holzbranntwein
          Energetische Nutzung durch Kompostierung, siehe Biomeiler

          Wirtschaftliche Bedeutung

          Der Kameldornbaum (hier im Sossusvlei) produziert ein äußerst hartes Holz

          Holz ist einer der ältesten und wichtigsten Roh- und Werkstoffe der Menschheit. Nach wie vor übersteigt die jährliche Holzproduktion die Mengen an Stahl, Aluminium und Beton. Die Gesamtmenge der weltweit in den Wäldern akkumulierten Holzmasse wurde von der FAO für das Jahr 2005 auf etwa 422 Gigatonnen geschätzt. Jährlich werden derzeit 3,2 Milliarden m³ Rohholz eingeschlagen, davon fast die Hälfte in den Ländern der Tropen. Das Rundholzaufkommen (2011) belief sich lauf FAO auf 1,578 Mrd. m³.[20] Die höchste jährliche Einschlagsintensität findet sich allerdings mit 2,3 m³/ha in Westeuropa. Fast die Hälfte des globalen Holzaufkommens wird als Brennholz verwendet, was vor allem auf die Länder der tropischen Zone zurückgeht. Hier ist die Energiegewinnung noch immer die wichtigste Holznutzungsart – der Brennholzanteil in Westeuropa beträgt demgegenüber nur knapp ein Fünftel des Einschlags.

          Im Jahre 2000 wurden lediglich 2 % des weltweit eingeschlagenen Holzes als Rohholz exportiert; der Verbrauch bzw. die Verarbeitung zu Halbwaren (Schnittholz, Holzwerkstoffe, Faserstoffe für Papier sowie Papier und Pappe) erfolgt also fast ausschließlich in den Herkunftsländern. Die größten Verbraucher an weltweit produzierten Holzhalbwaren sind mit 73–87 % die Länder der temperierten Zone. Auf der Produzentenseite hatte 1998 hier die Schnittholzproduktion nur einen Anteil von 35 % an der Gesamtproduktion, jeweils 16 % entfielen auf Holzwerkstoffe sowie auf Faserstoffe für Papier und 32 % auf Papier und Pappe.

          China entwickelte sich zum größten Holzimporteur weltweit. Holz wird vor allem für Bau und Möbelproduktion verwendet. Viel der Möbelproduktion Chinas geht ins Ausland.[21]

          Europa ohne Russland

          Die prozentual waldreichsten Länder Europas ohne Russland sind Finnland, Slowenien, Schweden und mit etwas Abstand Österreich.[22] Die in absoluten Werten größten Waldflächen finden sich in Schweden (etwa 28 Millionen Hektar), Finnland, Spanien, Frankreich und Deutschland. Über die höchsten mittleren Vorräte Holz pro Hektar Wald verfügt man in der Schweiz, Österreich, Tschechien, der Slowakei und Slowenien (jeweils mehr als 250), während Deutschland mit über 3,4 Milliarden Vorratsfestmetern in Europa über die höchsten Holzvorräte insgesamt verfügt (gefolgt von Schweden, Frankreich und Finnland).[23][24]

          Die Holznot, ein bevorstehender oder bestehender Mangel an Holz, wurde seit dem 16. Jahrhundert bis in das frühe 19. Jahrhundert als bedeutendes wirtschaftliches und gesellschaftliches Problem wahrgenommen. Die Debatte darüber führte mit zur Umstellung auf fossile Brennstoffe im Verlauf der Industrialisierung und mit zur systematischen Professionalisierung der Forstwirtschaft und Forstwissenschaft.

          Deutschland

          Der Wald in Deutschland bedeckt mit 11,4 Millionen Hektar 32 Prozent der Gesamtfläche des Landes und besitzt einen Holzvorrat von insgesamt 3,7 Milliarden Vorratsfestmeter.[25]

          Der jährliche Holzeinschlag kann aufgrund von Wetterereignissen und Holzpreisentwicklungen stark schwanken. Im längerfristigen Vergleich hat er deutlich zugenommen: Im Durchschnitt der Jahre 1993–2002 wurden jährlich 38,4 Millionen Kubikmeter eingeschlagen, im Zeitraum 2003–2012 waren es durchschnittlich 56,8 Millionen Kubikmeter. Im Jahr 2007 wurde mit Höchstmarke erreicht: 76,7 Millionen Festmeter wurden eingeschlagen (vor allem Nadelholz). Dies lag an extremen Wind– und Sturmereignissen wie dem Orkan Kyrill.

          Im Jahr 2014 betrug der Holzeinschlag in Deutschland insgesamt 54,4 Millionen Erntefestmeter ohne Rinde. Davon entfielen 40,1 Millionen Erntefestmeter auf Nadelholz und 14,2 Millionen Erntefestmeter auf Laubholz. 44 Prozent des bundesweiten Holzeinschlags wurden 2014 im Privatwald getätigt, 20 Prozent im Körperschaftswald, 34 Prozent im Staatswald der Länder und 2 Prozent im Bundeswald.[26]

          Die wichtigsten Nutzholzarten sind Fichte, Kiefer, Buche und Eiche. Die Forstwirtschaft und vor allem die Holzwirtschaft (Holzindustrie) tragen mit ca. 2 % zur Bruttowertschöpfung bei.[27] Holz hat als Roh– und Werkstoff eine stark steigende Bedeutung erlangt, da es nahezu CO2-neutral erzeugt werden kann, sich gut mit ökologischer und nachhaltiger Wirtschaftsweise verträgt, mit geringem Energieaufwand zu verarbeiten ist und vollständig stofflich verwertet werden kann. Fachgerecht hergestellt und verarbeitet, ist Holz zudem ein dauerhafter Werkstoff. Im Jahr 2011 lag der Gesamtumsatz in der deutschen Holzindustrie bei 14,95 Milliarden Euro.[28]

          Österreich

          Österreich hat eine Waldfläche[22] von 3,92 Millionen Hektar (1998), das sind über 46 % des Staatsgebietes, mit steigender Tendenz. Der Ertragswald umfasst 83 % der Waldfläche, Baumartenzusammensetzung im Ertragswald (nach Holzvorrat): Fichte 61,4 %, Buche 9,2 %, Kiefer 9,0 % und Lärche 6,8 %.[22]

          Normen und Standards

          DIN 68364 (2003-05): Kennwerte von Holzarten – Rohdichte, Elastizitätsmodul und Festigkeiten
          DIN 4074–1 (2008-12): Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit – Teil 1: Nadelschnittholz
          DIN 4074–2 (1958-12): Bauholz für Holzbauteile; Gütebedingungen für Baurundholz (Nadelholz)
          DIN 4074–5 (2008-12): Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit – Teil 5: Laubschnittholz
          DIN EN 13556 (2003-10): Rund- und Schnittholz – Nomenklatur der in Europa verwendeten Handelshölzer
          DIN EN 350–2 (1994-10): Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten – Natürliche Dauerhaftigkeit von Vollholz

          Siehe auch

          Rohholz
          Liste der Holzarten
          Verzug (Mechanik)

          Literatur

          H. H. Bosshard: Holzkunde Teil I–III. Birkhäuser Verlag, Stuttgart 1982–1998, ISBN 3-7643-1630-6.
          M. Chudnoff: Tropical Timbers of the World. (= Agriculture handbook 607). Kessel, Remagen-Oberwinter 2007, ISBN 978-3-935638-82-1.
          D. Fengel, G. Wegener: Wood – Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Reprint. Verlag N. Kessel, 2003, ISBN 3-935638-39-6.
          Dietger Grosser: Die Hölzer Mitteleuropas. Ein mikrophotographischer Holzatlas. Verlag N. Kessel, Remagen 2003, ISBN 3-935638-22-1.
          Karl Hasel, Ekkehard Schwartz: Forstgeschichte. Ein Grundriss für Studium und Praxis. 3. Auflage. Kessel, Remagen 2002, ISBN 3-935638-26-4.
          R. Bruce Hoadley: Holz als Werkstoff. O. Meier Verlag, Ravensburg 1990, ISBN 3-473-42560-5.
          Thomas Königstein: Ratgeber energiesparendes Bauen. 4. Auflage. Blottner Verlag, Taunusstein 2009, ISBN 978-3-89367-117-5.
          Paul Lehfeldt: Die Holzbaukunst. Reprint-Verlag, Leipzig/ Holzminden 2001, ISBN 3-8262-1210-X.
          Udo Mantau, Jörg Wagner, Janett Baumann: Stoffstrom-Modell HOLZ: Bestimmung des Aufkommens, der Verwendung und des Verbleibs von Holzprodukten. In: Müll und Abfall. 37(6), 2005, S. 309–315, ISSN 0027-2957.
          Peter Niemz: Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe. DRW-Verlag, Stuttgart 1993, ISBN 3-87181-324-9.
          Alois Payer: Holz als Material: Werkstoffkundliches (Architektur für die Tropen). Eine Kompilation anderer Literatur, letzte Fassung vom 15. Februar 2010.
          Joachim Radkau: Holz. Wie ein Naturstoff Geschichte schreibt. oekom-Verlag, München 2007, ISBN 978-3-86581-049-6.
          J. F. Rijsjdijk, P. B. Laming: Physical and related properties of 145 timbers. Kluwer, Dordrecht/ Boston/ London 1994, ISBN 0-7923-2875-2.
          Erhard Schuster: Wald und Holz. Daten aus der Geschichte der Nutzung und Bewirtschaftung des Waldes, der Verwendung des Holzes und wichtiger Randgebiete. 2 Bände. 2. Auflage. Kessel Verlag, Remagen 2006, ISBN 3-935638-62-0 und ISBN 3-935638-63-9.
          F. H. Schweingruber, A. Börner, E.-D. Schulze: Atlas of Woody Plant Stems. Environment, Structure and Environmental Modifications. Springer, Heidelberg 2006, ISBN 3-540-32523-9.
          Anselm Spring, Maximilian Glas: Holz. Das fünfte Element. Frederking & Thaler, München 2005, ISBN 3-89405-398-4.
          Rudi Wagenführ: Holzatlas. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, Leipzig 2006, ISBN 3-446-40649-2.
          André Wagenführ, Frieder Scholz (Hrsg.): Taschenbuch der Holztechnik. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München 2012, ISBN 978-3-446-42605-4.

          Weblinks

          Commons: Holz Ã¢Â€Â“ Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
          Wiktionary: Holz Ã¢Â€Â“ Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
          Wikiquote: Holz Ã¢Â€Â“ Zitate
          Sammlung verschiedener Holzarten mit Bildern
          Verkieseltes Holz im Mineralienatlas
          Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Hamburg, Diplomarbeiten ab 1949 (Memento vom 22. Oktober 2013 im Internet Archive)
          Website zum Einsatz von Holz im Maschinenbau. In: holz-im-maschinenbau.de

          Einzelnachweise

          ↑ Friedrich Kluge, Alfred Götze: Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache. 20. Aufl., hrsg. von Walther Mitzka, De Gruyter, Berlin/ New York 1967; Neudruck („21. unveränderte Auflage“) ebenda 1975, ISBN 3-11-005709-3, S. 315.

          ↑ Vgl. Joachim Radkau: Holz. Wie ein Naturstoff Geschichte schreibt. oekom verlag, 2007, ISBN 978-3-86581-049-6.

          ↑ Nach Holz-Lexikon.

          ↑ Johann Heinrich von Thünen Institut: Die chemische Zusammensetzung von naturbelassenem Holz (PDF; 412 kB), Institut für Holztechnologie und Holzbiologie, winkelheide.de, abgerufen am 2. August 2019.

          ↑ Global Forest Ressources Assessment 2005. (= FAO Forestry Paper 147), ISBN 92-5-105481-9, S. 21, (online).

          ↑ Vgl. Einleitung zu den Fragen und Antworten zum Thema Tropenholz, www.regenwald.org.

          ↑ Nach Niemz 1993 sowie Rijsdijk und Laming 1994. Quelle: treeland.de.

          ↑ Reinhard Peesch: Holzgerät in seinen Urformen. Akademie-Verlag. Berlin 1966.

          ↑ Das EXPO-Dach: Daten und Bilder. In: wegezumholz.de.

          ↑ Nils Klawitter: Hochhäuser aus Holz: Besser als Stahl. In: Spiegel Online, 11. April 2014.

          ↑ Produktionsanlagen aus Holz in der Autofabrik. (Memento vom 9. Juli 2015 im Internet Archive) Pressemeldung der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe.

          ↑ Hiroyasu Oda: World’s first wooden satellite to be launched by Japan in 2023. In: NIKKEI Asia. 24. Dezember 2020, abgerufen am 4. Januar 2021 (britisches Englisch). 

          ↑ Daniel Engber: Ask Anything. Could You Build A Spaceship Out Of Wood? In: Popular Science. 27. Mai 2017, abgerufen am 4. Januar 2021 (englisch). 

          ↑ Martin Holland: Japanische Forscher wollen 2023 Satellit aus Holz ins All schicken. In: heise online. 4. Januar 2020, abgerufen am 4. Januar 2021. 

          ↑ https://mortalitas.eu/gestocktes-holz/

          ↑ https://www.eisbuche.de/

          ↑ https://www.bm-online.de/praxis-und-kollegentipps/materialtipps/mit-hilfe-von-vaeterchen-frost/

          ↑ Lernen in der „Holzklasse“ macht gesund. In: ORF.at, 21. Dezember 2009.

          ↑ Schule ohne Stress. In: humanresearch.at (PDF; 353 kB).

          ↑ FAOSTAT (2011).

          ↑ Schlägerungen in Sibirien : Chinas Holzhunger löst Streit mit Moskau aus orf.at, 8. Juni 2019, abgerufen 8. Juni 2019.

          ↑ a b c Eintrag zu Wald, in Österreich im Austria-Forum (im AEIOU-Österreich-Lexikon)

          ↑ State of Europe’s Forests 2007. The MCPFE Report on Sustainable Forest Management in Europe. MCPFE-LU, Warschau, 2007, ISBN 978-83-922396-8-0, S. 182 f.

          ↑ Zusammenfassung der Ergebnisse der zweiten Bundeswaldinventur (Memento vom 17. Januar 2009 im Internet Archive) (PDF; 91 kB).

          ↑ Dritte Bundeswaldinventur (2012). Abgerufen am 2. September 2015.

          ↑ Holzmarktbericht 2014 – Anlage Gesamteinschlag. In: bmel.de. Abgerufen am 25. August 2015.

          ↑ Statistisches zum Wald in Deutschland; Daten der zweiten Bundeswaldinventur (2001–2003) (Memento vom 16. Mai 2014 im Internet Archive)

          ↑ Umsatzzahlen in der deutschen Holzindustrie steigen. In: treppen-schmidt.de. Abgerufen am 23. November 2012.

          Normdaten (Sachbegriff): GND: 4025668-6 (OGND, AKS)

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            Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen sind unter Container (Begriffsklärung) aufgeführt.

            Recycling-Container

            Ein Container (englisch:  [.mw-parser-output .IPA a{text-decoration:none}ˌkɔnˈtɛɪnɘr]; deutsch:  [ˌkonˈteːnɐ]; von lateinisch continere für „zusammenhalten“, „enthalten“) bezeichnet meist Großraum-Behälter zur Lagerung und zum Transport von Gütern. Die Frachtbehälter existieren in verschiedensten Größen und sind in der Regel genormt und/oder standardisiert, um Transport und Planung zu vereinfachen.

            Inhaltsverzeichnis

            1 Geschichte
            2 ISO-Container
            3 Schüttgutcontainer

            3.1 Abfallcontainer
            3.2 Absetzcontainer
            3.3 Abrollcontainer
            3.4 Übliche Abmessungen

            4 Andere Containertypen
            5 Container als raumbildende Module
            6 Siehe auch
            7 Literatur
            8 Weblinks
            9 Einzelnachweise

            Geschichte

            Bereits im 18. Jahrhundert wurden in England hölzerne Umverpackungskisten eingesetzt. Diese Vorläufer der heutigen Container erlaubten einen schnelleren Übergang der Waren vom Eisenbahn- zum Pferdetransport. Im 19. Jahrhundert gab es dann in verschiedenen Ländern frühe Containerformen, die beim Frachttransport mit der Bahn genutzt wurden.[1]

            Behältertragwagen mit verschiedenen Behältern

            Im 20. Jahrhundert findet man etwa in Holland die Laadkist RTM 903 als Eisenbahncontainer.[2] In den 1920er Jahren legte das Railway Clearing House (RCH) in Großbritannien eine Art Norm für die Bahncontainer fest, damit sie zwischen den verschiedenen Bahngesellschaften besser genutzt werden konnten. Diese RCH-Container waren entweder 5 oder 10 Fuß (′) lang.

            Ende der 1940er Jahre nutzte in Deutschland die Bahn die in den Niederlanden entwickelten porteur aménagé-Behälter (kurz pa-Behälter), die bis zu 11 Kubikmeter Ladung fassten.[3] Zur selben Zeit ließ sich die Schweizer Brauerei Feldschlösschen Bahntransportbehälter für ihre Bierflaschen patentieren, die Swiss Containercars.[4]

            1956 verschiffte der Amerikaner Malcom McLean als erster 58 Container mit dem Schiff Ideal X von Newark nach Houston; 1961 legte die Internationale Organisation für Normung (ISO) erstmals international gültige Maße für die ISO-Container fest.

            ISO-Container

            → Hauptartikel: ISO-Container

            Der wichtigste und bekannteste Containertyp ist der 40-Fuß-Container für die Handelsschifffahrt mit den Maßen 12,192 m ÃƒÂ— 2,438 m ÃƒÂ— 2,591 m (L×B×H). Von diesem Containertyp nach ISO 668 (freight container) sind über 15 Millionen im Verkehr.

            40-Fuß-ISO-Container
            20-Fuß-Swap-Tankcontainer

            Der Fracht- oder Schiffscontainer wurde im Jahr 1956 von dem Reeder Malcolm McLean an der US-Ostküste für den Güterverkehr eingeführt. Er wurde zunächst abschätzig als „Schachtelschiff“ bezeichnet, setzte sich aber bald durch Ã¢Â€Â“ gegen starken Widerstand der Hafenarbeiter, die um ihre Arbeitsplätze fürchteten und bessere Tarife erkämpften.[5]

            Inzwischen werden mit Containerschiffen zwei Drittel des grenzüberschreitenden Warenverkehrs durchgeführt. Die Frachtcontainer wurden dadurch zur Basis der Globalisierung der Wirtschaft; mit ihnen wird unter anderem der Großteil des Warenhandels mit Fertigprodukten abgewickelt. Die Container können wegen ihrer genormten Form mit den verschiedensten Transportmitteln (Seeschiffe, Binnenschiffe, Eisenbahn und Lkw) befördert und schnell umgeschlagen werden, ohne dass das Ladungsgut an sich gehandelt werden muss (Intermodaler Verkehr).

            Gängig sind hierbei 20-Fuß-Container Ã¢Â€Â“ die sogenannten TEU-(Twenty Foot Equivalent Unit)- und 40-Fuß-Container (FEU = Forty Foot Equivalent Unit). Die 20-Fuß-Standardcontainer messen (außen) 6,058 m ÃƒÂ— 2,438 m ÃƒÂ— 2,591 m und können beispielsweise 10.000 Jeans oder 20.000 originalverpackte Uhren aufnehmen, aber auch Sperrgut, zu kühlende Waren im Kühlcontainer und anderes. Die größten Containerschiffe fassen etwa 23.000 solcher Standardbehälter (Stand Oktober 2019, CMA CGM Megamax-24).

            Der größte vollautomatisierte Containerhafen ist seit einigen Jahren Hamburg-Altenwerder.

            Weltweit waren Mitte 2010 ungefähr 27,5 Millionen TEU- sowie FEU-Standardcontainer (20′, 40′ oder 40′ High Cube) im Umlauf.[6] Die Lebensdauer eines üblichen Stahlcontainers beträgt durchschnittlich 12 bis 13 Jahre. In letzter Zeit wurden diese Container hauptsächlich in China hergestellt, zuletzt fast 3 Mio. TEU jährlich. Nachdem die Folgen der Finanzkrise die Frachtmengen erheblich reduziert haben, ist diese Produktion fast zum Erliegen gekommen. Eine Nachfrage gibt es noch für Spezialcontainer wie Reefer-Container.

            Man kann die Standardcontainer (auch Dry-Container genannt) in vier Gruppen unterteilen:
            (Ladegewicht = Nettoladung im Container)
            (Maße sind Innenmaße)

            Dry Container

            Art
            Länge
            Breite
            Höhe
            Kapazität
            Ladegewicht

            20′ Standard
            5,898 m
            2,352 m
            2,393 m
            33,2 m³
            21740 / 28230 kg

            40′ Standard
            12,032 m
            2,352 m
            2,393 m
            67,7 m³
            26630 kg

            High Cube
            12,032 m
            2,352 m
            2,698 m
            76,3 m³
            26520 kg

            Reefer Container

            Art
            Länge
            Breite
            Höhe
            Kapazität
            Ladegewicht

            20′ Standard
            5,444 m
            2,284 m
            2,267 m
            28,5 m³
            21135 / 27160 kg

            40′ Standard
            11,583 m
            2,284 m
            2,250 m
            58,7 m³
            26580 kg

            High Cube
            11,583 m
            2,284 m
            2,556 m
            67,9 m³
            26380 kg

            Open Top Container

            Art
            Länge
            Breite
            Höhe
            Kapazität
            Ladegewicht

            20′ Standard
            5,900 m
            2,330 m
            2,337 m
            32,6 m³
            21740 kg

            40′ Standard
            12,029 m
            2,330 m
            2,337 m
            68,5 m³
            26410 kg

            Flat Rack Container

            Art
            Länge
            Breite
            Höhe
            Kapazität
            Ladegewicht

            20′ Standard
            5,628 m
            2,178 m
            2,159 m
            –
            27800 kg

            40′ Standard
            12,05 m
            2,178 m
            1,986 m
            –
            40250 kg

            Schüttgutcontainer

            Abfallcontainer

            Absetzcontainer (Müllcontainer) mit Containerfahrzeug

            Container werden insbesondere auch für die Abfallentsorgung als Sammel- und Beförderungseinheit für Abfälle genutzt. Diese sind vor allem für eine größere Abfallmenge geeignet, die das Fassungsvermögen und die erlaubte Abfallart von Mülltonnen übersteigen. Insbesondere können hier auch andere Abfallsorten, wie etwa Bauschutt oder Baumischabfälle, Sperrmüll, Stahlschrott oder Gartenabfälle entsorgt werden.

            Abrollcontainer (Müllcontainer) mit Containerfahrzeug

            Es gibt hierbei verschiedene Arten von Containern, die bei gleicher Füllmenge Abweichungen in Höhe und Länge haben können und je nach Gegebenheiten und Belademöglichkeiten zum Einsatz kommen. Absetzcontainer werden vom Containerfahrzeug an Halteketten befestigt und durch zwei Hebearme waagerecht abgesetzt bzw. aufgezogen.

            Absetzcontainer

            → Hauptartikel: Absetzmulde

            Container die mit Absetzer-Lkw, meistens mit Ketten, abgestellt und aufgezogen werden. Die zumeist asymmetrisch ausgeführten Behälter sind bevorzugt mit 7 m³ Fassungsvermögen zu finden.

            Abrollcontainer

            → Hauptartikel: Abrollbehälter

            Abrollcontainer verfügen über Rollen und werden durch einen hydraulischen Hebearm mit Haken erfasst und aufgezogen bzw. abgesetzt.[7]

            Übliche Abmessungen

            Containerarten und Containergrößen

            Containerart (Volumen)
            Breite in mm
            Höhe in mm
            Länge in mm

            Bigbag – Abfallsack (1 m³)
            1000
            1000
            1000

            Absetzcontainer (3 m³)
            1290
            0950
            2450

            Absetzcontainer (5 m³)
            1900
            1250
            3100

            Absetzcontainer mit Deckel (5 m³)
            1900
            1600
            3200

            Absetzcontainer (7 m³)
            1900
            1600
            3600

            Absetzcontainer mit Deckel (7 m³)
            1900
            1600
            3550

            Absetzcontainer (10 m³)
            1900
            1800
            3900

            Absetzcontainer mit Deckel (10 m³)
            1900
            2050
            4150

            Absetzcontainer mit Türen (15 m³)
            2000
            1500
            5000

            Abrollcontainer offen oder mit Deckel (7 m³)
            2000
            1000
            4000

            Abrollcontainer offen oder mit Deckel (10 m³)
            2000
            1400
            4000

            Abrollcontainer offen oder mit Deckel (15 m³)
            2400
            1600
            4200

            Durch das hohe Fassungsvermögen (ab einem Rauminhalt von mindestens 1 m³) zählen diese Abfallbehälter zu den Containern.[8]

            Für Container dieser Größe muss in Deutschland eine Aufstellgenehmigung bei der Stadt bzw. Kommune beantragt werden. Dieser Antrag kann per Formblatt oder auch formlos gestellt werden. Die Gebühren sind je nach Art der Nutzung unterschiedlich, belaufen sich aber auf mindestens 35 Euro. Altkleidersammlungen auf öffentlichem Grund werden generell nicht genehmigt; ebenso gilt auch bei Grünanlagen eine besondere Zuständigkeit.[9]

            Andere Containertypen

            Abrollcontainer mit Feuerwehrausrüstung
            Container für Trockeneis

            Es gibt eine Vielzahl weiterer Behältertypen, die teilweise in internationalen Normen beschrieben sind. Die Normung unterstützt die Intermodalen Verkehre, in denen das Tragfahrzeug mindestens einmal gewechselt wird. Dabei wird häufig auch der Typ der Tragfahrzeuge gewechselt (sogenannter „intermodaler Verkehr“), um Vorteile zu gewinnen:

            Abrollcontainer-Transportsysteme finden vor allem als Sperrmüll- oder Abfallcontainer breite Verwendung. Spezielle Container dieses Systems kommen beispielsweise bei einigen Feuerwehren als Transportmittel von Versorgungseinrichtungen zum Einsatz. Beim Abrollcontainersystem „Wechselladersystem Multi“ bei der Bundeswehr ist auch eine Container-Ergänzungsausstattung (CEA) zur Aufnahme von 20-Fuß-ISO-Containern vorgesehen.
            Binnencontainer für den Einsatz in der Binnenschifffahrt und im kombinierten Verkehr innerhalb Europas
            CC-Container (CC = Container Centralen, seit 1970 in DK, ab 2012: NL) Rollwagen mit 4 Eckstangen, Regalböden und Schloss, im Dänen- oder Europaletten-Maß.
            Holzcontainer, z. B. als Erdbehälter für bestimmte Zierpflanzen.
            Intermediate Bulk Container (IBC) z. B. für Flüssigkeiten.
            Kühlcontainer.
            Rollcontainer.
            Trockencontainer: sind Spezialcontainer für besonders schwierige Einsatzbedingungen im Nassbereich.
            Lagercontainer sind universell einsetzbare Stahlbehälter zur Lagerung von Materialien und Maschinen.
            Atommülltransporte – siehe Transportbehälter (Kerntechnik) z. B. Castor.
            Schnellbaucontainer sind zerlegt stapelbar; das kann Lagerkosten bzw. Lagerraum sparen.
            Luftfrachtcontainer (Unit Load Device): Diese sind auf einer Seite oder an zwei Seiten abgeschrägt, um sich der konkaven Außenwand des Frachtraums besser anzupassen.
            Wechselbrücken (swap bodies) sind Container mit Plane oder Hartkoffer, die von der Lafette (Fahrgestell) auf Beinen abgestellt werden können.
            Bigbags: große Säcke (flexibler Schüttgutbehälter) mit einem Fassungsvermögen von etwa ein bis zwei Kubikmeter.
            Normcontainer (Großgebinde) der deutschen Bundesbank aus Stahlblech, außen L ÃƒÂ— B ÃƒÂ— H = 755 mm ÃƒÂ— 575 mm ÃƒÂ— 570 mm, innen 220 Liter, für Münzrollenpackungen, brutto bis 700 kg, tara ca. 50 kg.

            Container als raumbildende Module

            → Hauptartikel: Containergebäude
            Containergebäude

            Container werden auch als Modul zur Errichtung von Containergebäuden benutzt. Sie können für die verschiedensten Nutzungen angepasst und voreingerichtet werden, zum Beispiel als Wohncontainer, Bürocontainer, Toilettencontainer oder Schulcontainer. Dazu werden sie in der Regel isoliert, mit Türen und Fenstern versehen und innen ausgestattet. So können sie als Aufenthaltsraum für Menschen dienen.[10]

            Siehe auch

            Containerbrücke
            Containerterminal
            Flachwagen
            Mobiler
            Weber-Behälter

            Literatur

            Marc Levinson: The Box – How the Shipping Container made the world smaller and the economy bigger. 9th edition. Princeton University Press, Princeton 2008, ISBN 978-0-691-13640-0.
            Olaf Preuß: Eine Kiste erobert die Welt. Murmann Verlag, Hamburg 2010, ISBN 978-3-86774-113-2.
            Containerhandbuch. Fachinformationen der Deutschen Transportversicherer. März 2003 Online-Version.
            Axel Dossmann, Jan Wenzel, Kai Wenzel: Architektur auf Zeit. Baracken, Pavillons, Container. b_books, Berlin 2006, ISBN 3-933557-66-6.

            Weblinks

            Wiktionary: Container Ã¢Â€Â“ Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
            Commons: Container Ã¢Â€Â“ Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
            Übersicht Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e. V.
            Welterfolg mit der Wunderkiste (mehr Infos zur Geschichte der ISO-Container)

            Einzelnachweise

            ↑ Geschichte der Container (Memento vom 12. Mai 2012 im Internet Archive)

            ↑ Laadkist

            ↑ Vorläufer des modernen Containerverkehrs

            ↑ Swiss Containercars

            ↑ Wie Blechkisten den Handel veränderten. In: news.ORF.at. 8. Mai 2016, abgerufen am 9. Mai 2016. 

            ↑ Container-Kompendium (Memento vom 1. Juni 2011 im Internet Archive; PDF; 879 kB) S. 10.

            ↑ Informationen zu Containerarten und Containergrößen. In: Containerdienst.de. Archiviert vom Original am 9. Oktober 2014; abgerufen am 7. Oktober 2014. 

            ↑ Container – Begriffserklärung im Containerhandbuch (Fachinformationen der Deutschen Transportversicherer), abgerufen am 7. Oktober 2014.

            ↑ Bestimmungen und Aufstellgenehmigung für Container der Stadt Hamburg; abgerufen am 7. Oktober 2014.

            ↑ Slawik, Han,: Container-Atlas: Handbuch der Container-Architektur. Gestalten, Berlin 2010, ISBN 978-3-89955-294-2. 

            Normdaten (Sachbegriff): GND: 4129739-8 (OGND, AKS)

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            Kategorien: ContainerLadehilfsmittelSeeschifffahrt

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              Baur bezeichnet:

              Baur (Familienname), siehe dort zu Namensträgern
              Baur (Tannheim), Ortsteil der Gemeinde Tannheim, Landkreis Biberach, Baden-Württemberg
              Baur (Wuppertal), Hofschaft in Wuppertal, Nordrhein-Westfalen
              Baur au Lac, Luxushotel in Zürich
              Baur Karosserie- und Fahrzeugbau, Karosseriebaufirma in Stuttgart
              Baur Versand, deutscher Versandhändler
              Franz Baur’s Söhne, Tiroler Hersteller von Loden- und Schafwollewaren mit Sitz in Innsbruck und Mühlau

              BauR bezeichnet als Abkürzung:

              Baurecht (Zeitschrift), juristische Zeitschrift

              Siehe auch:

              Bauer

              Dies ist eine Begriffsklärungsseite zur Unterscheidung mehrerer mit demselben Wort bezeichneter Begriffe.

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                Ein Elektromotor ist ein elektromechanischer Wandler (elektrische Maschine), der elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandelt. In herkömmlichen Elektromotoren erzeugen stromdurchflossene Leiterspulen Magnetfelder, deren gegenseitige Anziehungs- und Abstoßungskräfte in Bewegung umgesetzt werden. Damit ist der Elektromotor das Gegenstück zum sehr ähnlich aufgebauten Generator, der Bewegungsleistung in elektrische Leistung umwandelt. Elektromotoren erzeugen meist rotierende Bewegungen, sie können aber auch für translatorische Bewegungen gebaut sein (Linearantrieb). Elektromotoren werden zum Antrieb vieler Gerätschaften, Arbeitsmaschinen und Fahrzeuge eingesetzt.

                Inhaltsverzeichnis

                1 Geschichte
                2 Grundprinzip/Funktionsweise

                2.1 Begriffe
                2.2 Gleichstrommotor (Kommutatormotor)
                2.3 Wechsel- und Drehstrommotoren

                3 Elektromotorarten

                3.1 Drehfeld- und Wanderfeld-Maschinen
                3.2 Stromwender- bzw. Kommutator-Maschine
                3.3 Sonstige

                4 Anwendungen

                4.1 Elektromotoren in mobilen Anwendungen
                4.2 Anwendungen in der Industrie

                5 Wirkungsgrad und Effizienz
                6 Fertigung von Elektromotoren

                6.1 Fertigung der Gehäuse
                6.2 Fertigung der Blechpakete
                6.3 Fertigung des Stators
                6.4 Fertigung der Welle
                6.5 Fertigung des Rotors
                6.6 Endmontage

                7 Literatur
                8 Siehe auch
                9 Weblinks
                10 Einzelnachweise

                Geschichte

                Der Benediktinermönch Andreas (Andrew) Gordon experimentierte bis zu seinem Tod 1751 mit Elektrizität und erfand einen horizontal drehenden Metallstern, der sich bei elektrostatischer Entladung dreht; Stromversorgung war eine Leidener Flasche. Als Professor an der Universität Erfurt wurden seine Veröffentlichungen unter Gelehrten beachtet und verbreitet, mitunter jedoch ohne den Erfinder zu nennen.

                1820 entdeckte der dänische Physiker und Philosoph Hans Christian Ørsted die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms, ein grundlegendes Phänomen des Elektromagnetismus. Ein Jahr später veröffentlichte Michael Faraday seine Arbeitsergebnisse über „elektromagnetische Rotation“. Er konstruierte eine Vorrichtung, bei der ein elektrischer Leiter um einen festen Magneten rotierte und im Gegenexperiment ein beweglicher Magnet um einen festen Leiter. 1822 entwickelte Peter Barlow das nach ihm benannte Barlow-Rad. Der britische Wissenschaftler William Sturgeon erfand 1832 einen weiteren Motorvorläufer.[1] Auf dem europäischen Kontinent wirkten Ányos Jedlik (1827) und Hermann Jacobi an der Weiterentwicklung des Gleichstrom-Elektromotors. So entwickelte Jacobi bereits 1834 den ersten praxistauglichen Elektromotor in Potsdam und stattete 1838 in Sankt Petersburg ein zwölf Personen fassendes Boot mit dem von ihm entwickelten 220 Watt starken Motor aus,[2] was somit zugleich die erste Anwendung eines Elektromotors in der Praxis darstellte. Auch der US-amerikanische Grobschmied Thomas Davenport entwickelte in Vermont einen Kommutatormotor. Auf sein Design wurde ihm am 25. Februar 1837 ein Patent erteilt.

                Damit war um 1837/1838 die Grundlage für einen elektromotorischen Antrieb bekannt und auch bis zur anwendungstauglichen Arbeitsmaschine entwickelt. Werner von Siemens ließ im Jahre 1866 seine Dynamomaschine patentieren. Sie ermöglichte erstmals eine Erzeugung elektrischer Energie in größerem Umfang. Dies verhalf dem Elektromotor zum Durchbruch für eine praxistaugliche weitverbreiteten Anwendung. Daneben gab es zu jener Zeit auch einige technische Entwicklungen von andersartigen Elektromotoren, welche aber letzten Endes keine Bedeutung erlangten. Dazu zählt unter anderem der Egger-Elektromotor, welcher ähnlich wie eine Dampfmaschine aufgebaut ist, und das elektrische Kraftrad von Johann Kravogl.

                Das „Barlow-Rad“ (1822)

                Jedlik-Motor (1827)

                „Magnetelektrische Maschinen“ I um 1890

                „Magnetelektrische Maschinen“ II um 1890

                Ab etwa 1880 wurden in vielen Staaten Elektronetze und Kraftwerke aufgebaut. In Deutschland war beispielsweise Emil Rathenau mit seiner Allgemeinen Electricitäts-Gesellschaft Vorreiter und in Amerika Thomas Alva Edison. Mit der großflächigen Bereitstellung von elektrischer Energie breitete sich der Elektromotor dann schnell aus. Gemeinsam mit der Chemischen Industrie war diese Elektrifizierung das wichtigste Merkmal der zweiten industriellen Revolution. Die öffentlichen Pferdebahnen wurden durch elektrische Straßenbahnen ersetzt, und im Gewerbe verwendete man nun Elektromotoren anstatt der Dampfmaschine zum Antrieb verschiedenster Arbeitsmaschinen.[3]

                Siehe auch: Technik in der Industrialisierung

                Grundprinzip/Funktionsweise

                Magnetfeldpolung des Rotors in einem Gleichstrommotor mit Permanentmagnetstator

                Die Drehbewegung eines Elektromotors beruht auf den Anziehungs- und Abstoßungskräften, die mehrere Magnetfelder aufeinander ausüben (Lorentzkraft). Im üblichen Elektromotor gibt es einen feststehenden Außenteil sowie einen sich darin drehenden Innenteil. Entweder besitzt einer davon Permanentmagneten und der andere elektrische Spulen, oder beide Komponenten besitzen Spulen. Jede stromdurchflossene Spule erzeugt ein Magnetfeld, dessen Ausrichtung (Nordpol/Südpol) abhängig von der Stromrichtung ist – fließt der Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Spule, so wird auch das Magnetfeld umgedreht. Durch mehrfaches, passendes Umpolen der Spulen während eines Umlaufs wird eine kontinuierliche Drehung des Innenteils erreicht.

                Begriffe

                Stator
                Der feststehende, magnetisch wirkende Teil eines Elektromotors wird Stator genannt. Bei Elektromotoren liegt der Stator meistens außen und ist mit dem Gehäuse verbunden; liegt der Stator innen, so nennt man den Motor „Außenläufer“.
                Rotor
                Der sich bewegende (meistens: rotierende), magnetisch wirkende Teil eines Elektromotors, der die Motorachse dreht. Er besteht aus der Achse, dem Anker und einer Spule, wenn der Anker kein Permanentmagnet ist.
                Anker
                Eisenkern des Rotors, um den die Rotorspule(n) gewickelt ist/sind.
                Polschuh
                Schuhform-ähnliche Ausbuchtung des Eisens eines Magnetkerns, die das Magnetfeld an diese Stelle leiten/bündeln soll.
                Kommutator
                Eine Scheibe mit elektrischen Anschlüssen, die Segmente der Scheibe sind; die Scheibe dreht sich mit der Rotorwelle. An den Anschlüssen sind die Spulen angeschlossen; die Kommutatorscheibe polt während eines Umlaufs die Spulen um. Die genaue Funktionsweise ist im nachfolgenden Abschnitt erklärt.

                Gleichstrommotor (Kommutatormotor)

                → Hauptartikel: Gleichstrommaschine
                Läufer eines Kommutatormotors; Kohlebürsten und Stator sind entfernt

                Der (feststehende) Stator kann bei einem Gleichstrommotor ein Dauermagnet mit Polschuhen sein, jedoch ist auch eine Fremderregung über eine Erregerspule anstatt des Dauermagneten möglich. Bei einem Wechselstrom-Kommutatormotor oder auch Universalmotor befindet sich im Stator hingegen immer eine Erregerspule. Wird Strom durch diese Spule geleitet, baut sich das Erregerfeld (Magnetfeld) auf (Ørsted-Prinzip).

                Im Inneren des Stators ist ein Rotor, der in den meisten Fällen aus einer Spule mit Eisenkern (dem sogenannten Anker) besteht, der drehbar im Magnetfeld zwischen den Polschuhen des Stators gelagert ist.

                Die Stromzuführung für den Anker erfolgt über einen segmentierten Kommutator und Schleifkontakte (Kohlebürsten). Schickt man durch den Rotor Strom, entsteht auch hier ein Magnetfeld, das jetzt in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Stators tritt. Er dreht sich somit um seine eigene Achse und schaltet über den sich mitdrehenden Kommutator immer die passenden Wicklungen in den Stromweg und kann so elektrische Arbeit in mechanische Arbeit umwandeln.

                Hätte ein solcher Motor keinen Kommutator, würde sich der Anker so weit drehen, bis das Rotormagnetfeld zum Statorfeld gleichgerichtet ist. Damit er an diesem „toten Punkt“ nicht stehen bleibt, wird der Strom in den Ankerspulen mit Hilfe des Kommutators (auch Stromwender oder Kollektor genannt) bei jedem neuen Segment umgeschaltet. Der Kommutator besteht aus Metallsegmenten, die eine durch schmale Streifen nichtleitenden Materials (Kunststoff, Luft) unterbrochene Zylinder- oder Kreisfläche bilden. An den Segmenten sind die Ankerwicklungen angeschlossen. Am Kommutator liegen, durch Federn angedrückt, meist zwei Kohlebürsten an, die den Strom zuführen. Mit jeder Drehung des Rotors wird die Stromrichtung durch die Ankerwicklungen geändert und es gelangen diejenigen Leiter in das Magnetfeld des Stators, deren Stromfluss so gerichtet ist, dass ein Drehmoment erzeugt wird.

                Das Magnetfeld im Rotor steht – relativ zum Stator – fest; der Eisenkern des sich drehenden Ankers muss daher zur Vermeidung von Wirbelströmen aus einem Blechstapel bestehen.

                Nach diesem Prinzip können auch Wechselstrommotoren gebaut werden, wenn das Erregerfeld mit dem Wechselstrom ebenfalls seine Polung ändert (Universalmotor). Dann muss auch der Stator aus einem Blechpaket bestehen.

                Wechsel- und Drehstrommotoren

                Zerlegter Asynchron-Drehstrommotor mit Kurzschlussläufer und Leistung von 750 Watt

                Bei Wechselstrom kann auch auf einen Kommutator verzichtet werden, wenn die Umdrehungszahl im Rhythmus des Wechselstromes erfolgt; das dann mit umlaufende Magnetfeld des Rotors wird dann erzeugt:

                durch vom Erregerfeld induzierte Ströme in einer Kurzschlusswicklung (Asynchronmotor)
                durch Magnetisierung eines Eisenkernes mit Polen (Reluktanzmotor, Schrittmotor)
                durch Dauermagnete (Schrittmotor, elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, Synchronmotor)
                durch einen elektrisch erregten Läufer (siehe z. B. Polrad oder Erregersysteme für Synchronmaschinen)

                Solche Motoren besitzen daher kein oder ein geringes Anlaufmoment. Sie benötigen eine Anlaufhilfe, können jedoch mit Wechselstrom mit mehr als nur einer Phase auch selbst starten:

                Drehstrommotoren werden mit Drehstrom betrieben, der aus drei um 120° phasenverschobenen Wechselspannungen besteht und so ein Drehfeld erzeugt
                Kondensator- und Spaltpolmotoren erzeugen sich aus einem einphasigen Wechselstrom selbst eine Hilfsphase (ein Drehfeld) zum Anlauf.
                Schrittmotoren und Reluktanzmotoren werden mit frequenzveränderlichem Wechselstrom und/oder mit mehreren Phasen betrieben, damit sie „im Tritt“ bleiben bzw. keine Schrittverluste auftreten.
                Synchronmotoren benötigen eine Starthilfe oder schaukeln/schwingen sich von selbst „in Tritt“.

                Elektromotorarten

                Wicklungen bei einem großen Elektromotor

                Drehfeld- und Wanderfeld-Maschinen

                Drehstrommotor
                Drehstrom-Asynchronmaschine
                Schleifringläufermotor
                Drehstrom-Synchronmaschine
                Kaskadenmaschine
                Schrittmotor
                Bürstenloser Gleichstrommotor
                Linearmotor
                Wechselstrommotor
                Kondensatormotor
                Spaltpolmotor
                Synchronmotor/Einphasenasynchronmotor
                Reluktanzmotor
                Magnetmotor
                Transversalflussmaschine

                Stromwender- bzw. Kommutator-Maschine

                Gleichstrommotor
                Universalmotor (für Gleich- und Wechselstrom)
                Repulsionsmotor
                permanent erregter Gleichstrommotor
                elektrisch erregter (fremderregter) Gleichstrommotor
                Reihenschlussmotor
                Nebenschlussmaschine
                Verbundmotor

                Sonstige

                Es gibt einige Arten von Elektromotoren, die heute keine wirtschaftliche Bedeutung haben.

                Kugellagermotor
                Unipolarmaschine
                Homopolarmotor
                Barlow-Rad

                Elektrostatische Motoren verwenden statt Magnetfelder elektrische Felder, die von Ladungen erzeugt werden. Aufgrund der hohen benötigten Spannungen und einem niedrigeren Wirkungsgrad sind diese Motoren jedoch nur für kleine Kräfte und Maßstäbe relevant.

                Anwendungen

                Elektromotoren kommen sowohl ungeregelt als auch geregelt zum Einsatz. In einfachen Fällen kommen ungeregelte Drehstrommotoren mit Stern-Dreieck-Umschaltungen zur Anwendung. Diese sind jedoch nur zur Lösung primitiver Antriebsaufgaben geeignet. In den meisten Fällen in der heutigen Praxis liegen anspruchsvollere Antriebsprobleme vor, sodass die Elektromotoren durch eine Regelung geregelt werden müssen. Handelt es sich dabei um größere Leistungen, die erforderlich sind, so müssen noch leistungselektronische Stellglieder zwischen Regelung und Elektromotor dazwischengeschaltet werden. Kommen Regelung und Elektromotor zusammen und bilden sie gemeinsam eine funktionelle Einheit, so spricht man vom „Elektroantrieb“. Per se ist also ein Elektromotor nicht an eine Regelung gebunden; in vielen praktischen Fällen hat sich jedoch gerade deren Zusammenwirken als zweckmäßig erwiesen.

                In der Vergangenheit fanden Elektromotoren zunächst praktische Verwendung als Antrieb von Straßenbahnen und etwas später als Universalantrieb zur Ersetzung von Dampfmaschinen in Fabriken und wurden zu diesem Zweck über Riementriebe zum Antreiben mechanischer Webstühle und dergleichen eingesetzt. Mit der Einführung von Fließbändern in der Industrie wurden Elektromotoren dann zum Antriebsmittel ganzer Industriezweige schlechthin.

                Im Bereich Verkehr und Mobilität kamen Elektromotoren erstmals bei Elektrolokomotiven und Elektrischen Bahnen zum Tragen, später in Elektrokarren und in Gabelstaplern. Mit der Weiterentwicklung von Akkus werden heute Elektroautos mit immer größerer Reichweite gebaut und gelten wegen der hohen Effizienz des Elektroantriebs als Alternative zum Verbrennungsmotor in der Zukunft. Entwicklungen in der Leistungselektronik brachten einen weiteren Anwendungsschub – von da ab konnten die wartungsfreien, preiswerten Asynchronmotoren auch für drehzahlvariable Antriebe eingesetzt werden.

                Heute werden Elektromotoren in großer Zahl in Maschinen, Automaten, Robotern, Spielzeug, Haushaltsgeräten, Elektronikgeräten (zum Beispiel Videorekorder, Festplatten, CD-Spieler), in Ventilatoren, Rasenmähern, Kranen usw. eingesetzt. Die große Bedeutung des Elektromotors für die heutige moderne Industriegesellschaft spiegelt sich auch im Energieverbrauch wider: Elektromotoren haben einen Anteil von über 50 Prozent am Stromverbrauch in Deutschland.[4]

                Elektromotoren in mobilen Anwendungen

                Elektroauto beim Ladevorgang an einer öffentlichen Straße in Berlin

                Elektromotoren werden in Kraftfahrzeugen und Bahnen seit langem angewendet. Gründe hierfür sind:

                hoher Wirkungsgrad (insbesondere auch bei Teillastbetrieb, wichtig bei Batteriebetrieb),
                Unterbrechungsfreie Drehmomentabgabe über den vollen Geschwindigkeitsbereich, keine Anfahrsynchronisation oder schaltbare Übersetzung notwendig. Dadurch hoher Fahrkomfort (zum Beispiel auch wichtig bei elektrischen Rollstühlen).
                Geringere Abmessung und geringere Masse als vergleichbarer Verbrennungsmotor; dadurch platzsparender Einbau direkt in der Nähe der Räder möglich.
                Keine Emissionen; daher Einsatz in abgassensiblen Bereichen möglich (Werkhallen, Tunnelgebiete und Wohngebiete etwa)
                Geringere Betriebskosten (sehr lange Motor-Lebensdauer, geringere Wartung).
                Einfacher Aufbau einschließlich einfacherem Kühlsystem.
                Einrichtung einer elektromotorischen Bremse die eine Nutzbremsung mit Energierückgewinnung ermöglicht und keine Wartungsarbeiten wegen Verschleiß benötigt, wie es bei herkömmlichen Bremssystemen der Fall ist.

                Trotz dieser Vorteile wird der Elektromotor bisher wenig in Pkw und Lkw eingesetzt. Grund ist insbesondere die begrenzte maximale Reichweite bzw. die hohe Masse der Energiespeicher (Akkumulatoren) sowie deren lange Ladezeit.

                Mit einem Elektromotor und einem Akkumulator werden auch manche Modellflugzeuge (Elektroflug), kleine Schiffe, Torpedos und U-Boote angetrieben. Die Elektromotoren anderer U-Boote werden aus Brennstoffzellen oder aus einem mitgeführten kleinen Kernkraftwerk gespeist.

                Fahrzeugantriebs-Konzepte mit Elektromotoren, jedoch ohne oder nur teilweiser Energiespeicherung in einem Akkumulator, sind:

                Brennstoffzellen-Antrieb: Ein Projekt ist zum Beispiel HyFLEET:CUTE, die Weiterführung des Projektes CUTE. Probleme bestehen in der Lebensdauer und den Kosten der Brennstoffzellen.
                Hybridantrieb (zum Beispiel Toyota Prius): Ein Ottomotor wird mit einem Elektromotor/Generator kombiniert und mit Akkumulatoren gepuffert (Vorteile im Teillastbereich/Stadtbetrieb, hoher Fahrkomfort, Nutzbremsung (Rekuperation), Pufferung auch mit Doppelschichtkondensatoren).
                Gyroantrieb: Als Energiespeicher dient ein Schwungrad mit einem Generator, der die Fahrmotoren antreibt (wird unter anderem bei Gyrobussen angewendet, geringe Reichweite, Nutzbremsung möglich).

                Bei elektrischen Bahnen und Oberleitungsbussen wird die Elektroenergie mit Oberleitungen oder Stromschienen zugeführt. Auch hier kann Nutzbremsung stattfinden, wenn das speisende Netz dafür ausgelegt ist oder Akkumulatoren installiert werden. Auch Doppelschichtkondensatoren werden hierbei angewendet.

                Eine weitere mobile Anwendung ist der dieselelektrische Antrieb; hier erzeugt ein Dieselaggregat elektrischen Strom, der die Fahrmotoren antreibt. Nutzbremsung ist nicht möglich, wenn nicht zusätzlich Akkumulatoren mitgeführt werden. Dieselelektrische Antriebe finden sich in Schiffen, Lokomotiven und U-Booten (hier ergänzt durch einen Akkumulator).

                Anwendungen in der Industrie

                Die vielfältigen Anwendungsgebiete von Elektromotoren in der Industrie lassen sich in zwölf Gebiete aufteilen. Die ersten vier befassen sich mit dem Materialfluss. Die nächsten vier mit kontinuierlichen oder getakteten Produktionsstraßen und die letzten beiden mit Prozessen, die auf die Werkstücke einwirken.

                Förderantriebe:[5] Anforderungen an die Antriebe sind eine hohe Lebensdauer, Robustheit und Zuverlässigkeit, niedriger Wartungsaufwand, hohe Modularität und geringer Energieverbrauch. Die Antriebe werden meist im Dauerbetrieb eingesetzt, Beschleunigungen spielen daher eine untergeordnete Rolle.
                Fahrantriebe werden an Fahrzeugen zum Materialtransport eingesetzt, beispielsweise bei fahrerlosen Transportsystemen, Portalkranen, Regalbediengeräten oder Elektrohängebahnen. Für das genaue Anfahren von Positionen wird eine hohe Präzision der Antriebe gefordert.[6]
                Hubantriebe sollen Güter senkrecht nach oben fördern. Dazu zählen Krane, Hubtische, Lastenaufzüge und Bauaufzüge.[7]
                Positionierantriebe dienen dazu, einzelne Güter von einem Punkt zu einem anderen zu befördern. Dazu zählt das Bestücken von elektronischen Bauteilen, die Zuführung und Entnahme von Werkstücken bei Produktionsmaschinen und Montageautomaten. Die Mehrheit dieser Antriebe ist als linearer Direktantrieb ausgeführt.[8]
                Koordinierte Antriebe für Roboter: Industrieroboter haben häufig bis zu sechs Achsen die gleichzeitig während der Bewegung eine bestimmte Soll-Lage haben sollen. Eine Koordinierung der einzelnen Antriebe ist daher nötig um die gewünschte Bewegung des Roboterarmes zu erzeugen.
                Gleichlaufantriebe werden bei Produktionsprozessen eingesetzt, bei denen ein kontinuierliches Produkt als Endlosmaterial hergestellt wird. Dazu zählen das Transportieren, Walzen, Beschichten, Wickeln und Zwirnen sowie das Bedrucken.[9]
                Wickelantriebe stehen oft am Anfang oder Ende einer kontinuierlichen Fließproduktion. Sie werden beispielsweise in Stahlwerken eingesetzt um Bleche zu Coils aufzuwickeln und im Maschinenbau und der Fahrzeugindustrie, um sie wieder abzuwickeln. Weitere Beispiele sind das Auf- und Abwickeln von Draht, Garn oder Papier. Da das aufgewickelte Material mit der Zeit eine immer größeren Umfang hat, nimmt bei gleichbleibender Drehzahl die Umfangsgeschwindigkeit zu. Um ein Reißen des Produktes zu verhindern, müssen die Antriebe über den Umfang des aufgewickelten Materials geregelt werden.[10]
                Taktantriebe für Querschneider und Fliegende Sägen werden bei der kontinuierlichen Produktion genutzt um das Fließmaterial zu vereinzeln, beispielsweise durch Absägen eines Abschnittes. Besondere Anforderungen ergeben sich daraus, dass das Material sich während des Trennprozesses weiterbewegt.[11]
                Antriebe für elektronische Kurvenscheiben zählen zu Antrieben mit ungleichförmiger Bewegung. Ein Stanzwerkzeug soll sich beispielsweise langsam senken, um eine gute Arbeitsqualität am Werkstück zu erreichen und schnell heben. Weitere Anwendungen sind Kleben, Schweißen, Biegen und Schneiden.
                Antriebe für Umformprozesse: Hierzu zählt das Pressen von Stahlblechen, das Extrudieren von Kunststoffen, das Tiefziehen oder das Gesenkschmieden.[12]
                Haupt- und Werkzeugantriebe bei Werkzeugmaschinen. Sie dienen zum Antrieb von Fräsen, Bohrern und Drehmaschinen. Dies ist der einzige industrielle Anwendungsfall, zu dem reichhaltige ingenieurwissenschaftliche Literatur vorliegt.[13]
                Antriebe für Pumpen und Ventilatoren.

                Wirkungsgrad und Effizienz

                Technologisch veraltete Elektromotoren führen zu einem erhöhten Energieverbrauch.[14] 1998 wurde eine freiwillige Vereinbarung zwischen dem europäischen Sektorkomitee für elektrische Antriebe CEMEP und der Europäischen Kommission getroffen.
                In dieser heute veralteten Vereinbarung wurden drei Wirkungsgradklassen definiert:

                EFF3 = Motoren mit niedrigem Wirkungsgrad
                EFF2 = Motoren mit verbessertem Wirkungsgrad
                EFF1 = Motoren mit erhöhtem Wirkungsgrad

                Im Jahr 2009 wurde eine neue weltweit geltende Normierung für die Effizienzklassen (EN 60034-30:2009) eingeführt.
                Die folgenden Wirkungsgradklassen für Niederspannungs-Drehstrom-Asynchronmotoren im Leistungsbereich von
                0,75 kW bis 375 kW sind heute geltend:[15][16]

                IE1 = Standard Wirkungsgrad (vergleichbar EFF2, Vertrieb seit Juni 2011 nur noch eingeschränkt gestattet)
                IE2 = Hoher Wirkungsgrad (vergleichbar EFF1)
                IE3 = Premium Wirkungsgrad
                IE4 = Super Premium (> 97 % realisiert)[17]

                Seit 16. Juni 2011 dürfen ungeregelte Motoren (0,75–375 kW) nur noch ab Leistungsklasse IE2 in Verkehr gebracht werden. Der Anteil hocheffizienter Motoren soll stetig ausgebaut werden.[16][18] Beispiele sind die permanenterregten Synchronmotoren mit höchsten Wirkungsgraden.[17]

                Fertigung von Elektromotoren

                Die einzelnen Komponenten des Elektromotors werden unabhängig voneinander hergestellt. Die wichtigsten sind das Gehäuse, der Stator, die Welle und der Rotor. Anschließend erfolgt die Endmontage.[19]

                Fertigung der Gehäuse

                Das eigentliche Gehäuse wird auf beiden Seiten von Deckeln abgeschlossen, die beim Elektromotor als Lagerschilde bezeichnet werden, da sie auch zum Lagern der Motorwelle mittels Kugellagern dienen. Die einzelnen Prozessschritte für die Lagerschilde und das Gehäuse stimmen jedoch überein. Beide werden zunächst durch Gießen oder Fließpressen grob in Form gebracht, danach erfolgt die Feinbearbeitung mit Drehen, Bohren und Schleifen und zuletzt die Reinigung. Die Details hängen von der produzierten Stückzahl ab.

                Gießen mit Formen aus Sand wird nur bei geringen Stückzahlen eingesetzt, beispielsweise bei der Prototypenfertigung. Für mittlere und größere Stückzahlen eignen sich der Druckguss und der Schleuderguss sowie das Strangpressen. Der Druckguss ist mit einem Anteil von 60 % das häufigste Verfahren. Hier besteht die Form aus Stahl und kann etwa 80.000-mal abgegossen werden. Die benötigten Maschinen kosten zwischen 700.000 Euro und einer Million Euro, sodass eine Mindeststückzahl von etwa 15.000 erreicht werden muss, um wirtschaftlich zu sein. Schleudergussanlagen kosten dagegen nur etwa 60.000 bis 100.000 Euro. Am teuersten sind Strangpressanlagen mit 8 Mio. Euro. Sie eignen sich daher nur für sehr große Serien, weisen dann aber die niedrigsten Stückkosten auf.[20]

                Nach dem Gießen oder Strangpressen werden die Gehäuse entgratet. Die weitere Feinbearbeitung geschieht meist auf Bearbeitungszentren, die auf das Drehen, Bohren, Fräsen und Schleifen spezialisiert sind. Zu den Aufgaben gehört das Ausdrehen der Innenkontur, die Feinbearbeitung von Rändern und das Bohren von Durchgängen oder Gewinden.

                Die Reinigung der Gehäuse geschieht bei kleinen Serien meist durch Bestrahlen mit Trockeneis (sogenanntes Trockeneisstrahlen) oder mit kleinen Kugeln (Kugelstrahlen). Dadurch werden Gießrückstände, Späne, Stäube und sonstige Schmutzpartikel entfernt. Bei mittelgroßen Serien geschieht die Reinigung mittels Ultraschallbad. Bei Großserien werden Durchlauf-Reinigungsanlagen eingesetzt, die aus einer Aufgabestation bestehen, aus Reinigungs- und Spülzonen, der Trockenzone und der Übergabestation.[21]

                Fertigung der Blechpakete

                Die eigentlichen leistungserzeugenden Komponenten, also der Rotor und der Stator, werden aus Blechpaketen zusammengebaut. Gegenüber der Vollmaterialbauweise haben Blechpakete den Vorteil, dass sie Wirbelströme verhindern und so den Wirkungsgrad erhöhen. Beim Zusammenbau der Bleche zu Paketen ist es wichtig, Kurzschlüsse zu vermeiden. Die einzelnen Bleche sind daher mit einem Isolator beschichtet. Sie werden aus Elektroband hergestellt. Dabei handelt es sich um Bleche aus einem siliziumhaltigen Stahl, der verbesserte magnetische Eigenschaften aufweist. Da seine Produktion recht aufwendig ist, wird es von Elektromotor-Herstellern eingekauft. Die Fertigung der Blechpakete geschieht in mehreren Schritten: Ausschneiden der Bleche, Stapeln, dauerhaftes Fügen (Kleben, Schweißen etc.) und eine Nacharbeit.[22]

                Für kleinere Serien oder Prototypen wird das Blech mittels Laser- oder Wasserstrahlschneiden getrennt. Bei größeren Serien ist das Stanzen wirtschaftlicher. Anschließend werden die Bleche gestapelt. Beim Stanzen kann dies direkt in der Maschine geschehen, während bei den anderen Verfahren ein weiterer Prozessschritt nötig ist. Zum Fügen der Blechpakete gibt es zahlreiche Möglichkeiten. In der Massenproduktion werden häufig Nasen an einzelnen Blechen nach unten gedrückt, in Aussparungen der darunterliegenden Schichten. Häufig ist dieser Schritt direkt in das Stanzen integriert. Nach dem Stapeln können die einzelnen Lagen auch zusammengeschweißt werden. Dies ist bei deutlich niedrigeren Stückzahlen wirtschaftlich, hat jedoch den Nachteil, dass eine elektrisch leitende Verbindung entsteht, die die Entstehung von Wirbelströmen begünstigt. Da die Schweißnähte an Stellen angebracht werden können, die für das magnetische Feld von geringer Bedeutung sind, sind die Nachteile beim Wirkungsgrad gering. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von Backlack. Hier werden nach dem Stanzen die einzelnen Bleche mit Backlack beschichtet und gestapelt und anschließend im Ofen gebacken. Dadurch werden einerseits die Schichten zusammengeklebt und andererseits auch isoliert.

                Als letzter Schritt kann eine Nachbearbeitung geschehen, die den Wirkungsgrad etwas erhöhen. Dazu zählt das Spannungsarmglühen, Außenrunddrehen, Entgraten und eine Nachlackierung. Da die Effizienzsteigerungen gering sind, wird dies vor allem bei Großmotoren praktiziert.

                Fertigung des Stators

                Der Stator ist mit einem Anteil von 35 % an den Gesamtkosten das teuerste Bauteil. Dies liegt an der aufwendigen Produktion und dem teuren Material. Die einzelnen Prozessschritte sind Isolieren der Komponenten, Wickeln der Spulen, Bearbeiten der Wicklung und Imprägnieren.[23]

                Zwischen dem Blechpaket und den Wicklungen der Spulen wird Isolatorpapier verwendet, um Spannungsüberschläge zu vermeiden. Der für die Spulen benötigte Draht wird mittels Drahtziehen hergestellt, anschließend mit einer isolierenden Lackschicht und danach mit einer Gleitschicht überzogen, die das Wickeln erleichtert.

                In der Spulenwickeltechnik haben sich zahlreiche Methoden und Verfahren etabliert zur Herstellung der Spulen. Die wichtigsten sind die Linear-, Flyer- und Nadelwickeltechnik. Die Anlagen für die Spulenwicklungen kosten zwischen 150.000 Euro für einfache Maschinen und gehen bis zu 4 Millionen Euro für Anlagen der Großserienproduktion.

                Nachdem die Spulen in den Stator eingebaut wurden, werden die Enden der Drähte kontaktiert und geprüft.

                Fertigung der Welle

                Der Kostenanteil der Welle liegt mit nur 5 % sehr niedrig. Die Herstellung geschieht in drei Schritten: Grobbearbeitung im weichen Zustand, Härten und die Feinbearbeitung durch Schleifen.

                Die erste Formgebung geschieht bei großen Stückzahlen meist durch Schmieden, insbesondere mittels Gesenkschmieden. Bei kleineren und mittleren Stückzahlen werden Bearbeitungszentren eingesetzt wie bei der Herstellung der Gehäuse. Zum Härten werden konventionelle Wärmebehandlungsmethoden eingesetzt, darunter das Induktionshärten, das Einsatzhärten und das Nitrierhärten. In allen Fällen wird danach durch Hartdrehen oder Schleifen die endgültige Form präzise erzeugt.[24]

                Fertigung des Rotors

                Bei Motoren mit Permanentmagneten sind die Fertigungsschritte Magnetisieren, Magnetbestückung, Wellenmontage und Auswuchten austauschbar, verschiedene Reihenfolgen aber mit jeweils eigenen Vor- und Nachteilen behaftet.

                Bei Asynchronmotoren wird stattdessen ein Rotorkäfig verwendet. Meistens wird er mittels Druckguss gefertigt. Beim Prototypenbau wird er auch aus Stäben und Ringen zusammengelötet. Hochwertige Käfige bestehen aus Kupfer, das eine größere Leitfähigkeit aufweist als Aluminium aber auch etwa viermal teurer ist und erst bei 1084 °C schmilzt. Aluminiumlegierungen dagegen schmelzen bereits bei 600 °C. Daher lassen sich Alugussformen etwa 50.000-mal abgießen, Formen für Kupfer dagegen nur 100-mal. Üblicherweise wird die Schmelze direkt in die Rotornuten gegossen.[25]

                Endmontage

                Wegen der Vielfalt der verschiedenen Motorbauarten und möglichen Stückzahlen gibt es bei der Endmontage große Bandbreiten und Varianten von der ausschließlich manuellen Montage bis zur vollautomatischen Montagelinie.[26]

                Zuerst wird der Stator in das Gehäuse gebaut. Dies kann mit Aufschrumpfen, Einpressen oder Kleben geschehen. Danach wird das Rotorpaket in den Stator eingebracht.

                Der nächste Schritt ist die Montage der Sensorik. Beim Asynchronmotor ist dies ein Drehzahlmesser und bei Motoren mit Permanentmagnet ein Positionsmesser (Inkrementalgeber). Sie werden ebenfalls aufgeschrumpft, eingepresst oder geklebt. Außerdem werden Temperatursensoren verbaut.

                Anschließend erfolgt die Kontaktierung der Sensoren und der einzelnen Phasen mit dem Anschlussstecker.

                Danach werden die Lagerschilde mit Kugellagern bestückt und am Gehäuse angebracht. Im letzten Schritt erfolgt die Endprüfung auf Sicht sowie die Widerstands-, Isolations-, Funktions- und Hochspannungsprüfung sowie einer Prüfung der Leistungselektronik.

                Literatur

                Herbert Rentzsch: Elektromotoren. 4. überarb. Aufl., ABB Drives AG, Turgi/Schweiz 1992, ISBN 3-590-80853-5.
                Peter Bastian, Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 21. überarb. und erw. Aufl., Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 1996, ISBN 3-8085-3431-1.
                Gregor D. Häberle, Heinz O. Häberle: Elektrische Maschinen in Anlagen der Energietechnik. 3. überarb. und erw. Aufl., Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 1994, ISBN 3-8085-5003-1.
                Konrad Rüffer: Schalten von Elektromotoren. Verlag Technik, Berlin 1990, ISBN 3-341-00827-6.

                Siehe auch

                Einschaltdauer
                Nennbetriebsart
                Neodym-Eisen-Bor (Werkstoff der stärksten Dauermagneten)
                Phonisches Rad
                Stromverdrängungsläufer
                Elektrischer Generator

                Weblinks

                Commons: Elektromotor Ã¢Â€Â“ Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
                Wiktionary: Elektromotor Ã¢Â€Â“ Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
                Typischer Wirkungsgrad von permanenterregten Synchronmaschinen für Elektrofahrzeuge
                Die Erfindung des Elektromotors 1800–1854 (Karlsruher Institut für Technologie, KIT)
                Die Erfindung des Elektromotors 1856–1893

                Einzelnachweise

                ↑ William Sturgeon born 22nd May 1783 in Whittington, Lancs died 4th December 1850 in Prestwich, Lancashire. In: whittingtonvillage.org.uk/. Abgerufen am 28. Februar 2015. 

                ↑ LEIFIphysik, Geschichte Elektromotor, abgerufen am 4. April 2020.

                ↑ Ulrich Wengenroth: Elektroenergie, S. 328–334 in: Ulrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft, 1993: (Band 8 von: Armin Hermann, Wilhelm Dettmering (Hrsg.): Technik und Kultur, Düsseldorf, VDI-Verlag)

                ↑ VDE-Studie Effizienz- und Einsparpotentiale elektrischer Energie (Memento vom 11. April 2008 im Internet Archive)

                ↑ Edwin Kiel (Hrsg.): Antriebslösungen – Mechatronik für Produktion und Logistik, Springer, 2007, S. 283f.

                ↑ Edwin Kiel (Hrsg.): Antriebslösungen – Mechatronik für Produktion und Logistik, Springer, 2007, S. 288f., 292f.

                ↑ Edwin Kiel (Hrsg.): Antriebslösungen – Mechatronik für Produktion und Logistik, Springer, 2007, S. 303.

                ↑ Edwin Kiel (Hrsg.): Antriebslösungen – Mechatronik für Produktion und Logistik, Springer, 2007, S. 324f.

                ↑ Edwin Kiel (Hrsg.): Antriebslösungen – Mechatronik für Produktion und Logistik, Springer, 2007, S. 351f.

                ↑ Edwin Kiel (Hrsg.): Antriebslösungen – Mechatronik für Produktion und Logistik, Springer, 2007, S. 373.

                ↑ Edwin Kiel (Hrsg.): Antriebslösungen – Mechatronik für Produktion und Logistik, Springer, 2007, S. 396.

                ↑ Edwin Kiel (Hrsg.): Antriebslösungen – Mechatronik für Produktion und Logistik, Springer, 2007, S. 424.

                ↑ Edwin Kiel (Hrsg.): Antriebslösungen – Mechatronik für Produktion und Logistik, Springer, 2007, S. 439.

                ↑ Wirtschaftlichkeitsvergleich Elektromotoren verschiedener Effizienzklassen, Ing.-Büro Dolder, 12. April 2010, abgerufen am 23. Februar 2012

                ↑ ZVEI, April 2009: Neue Wirkungsgradklassen für Niederspannungsdrehstrommotoren, abgerufen am 23. Februar 2012 (PDF; 494 kB)

                ↑ a b Energieeffizienz und Ökodesignrichtlinie (Memento vom 18. Oktober 2011 im Internet Archive), DENA, Juli 2010, abgerufen am 23. Februar 2012

                ↑ a b Nicht nur auf Effizienzklassen achten – Experten-Interview zu den neuen Energieeffizienzklassen, wirautomatisierer.de, vom 5. August 2010, abgerufen am 23. Februar 2012

                ↑ Energieeffizienz bei Elektromotoren, Presse-Information 053/2009, Umweltbundesamt, abgerufen am 23. Februar 2012

                ↑ Achim Kampker: Elektromobilproduktion, Springer, 2014, S. 136.

                ↑ Achim Kampker: Elektromobilproduktion, Springer, 2014, S. 138f.

                ↑ Achim Kampker: Elektromobilproduktion, Springer, 2014, S. 141f.

                ↑ Achim Kampker: Elektromobilproduktion, Springer, 2014, S. 148.

                ↑ Achim Kampker: Elektromobilproduktion, Springer, 2014, S. 149f.

                ↑ Achim Kampker: Elektromobilproduktion, Springer, 2014, S. 156f.

                ↑ Achim Kampker: Elektromobilproduktion, Springer, 2014, S. 159–172.

                ↑ Achim Kampker: Elektromobilproduktion, Springer, 2014, S. 172f.

                Normdaten (Sachbegriff): GND: 4014315-6 (OGND, AKS)

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                Kategorie: Elektromotor

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