BINE

Informationsdienst

PSchüler zapfen
die Sonne an
Photovoltaikanlagen in Schulen helfen beim Energiesparen undbereichern den Unterricht. Sie prägen das Erscheinungsbild
der Schule und zeigen, hier ist die Energieversorgung derZukunft Thema. Für derartige Anlagen gibt es einen Zuschuss.

E IEINLEITUNGNLEITUNG

Eine wichtige Zukunftsaufgabe derMenschheit ist die Schaffung einer
umweltfreundlicheren, nachhaltigen
Energieversorgung. Um diese Herausforderung bewältigen zu können, sindweitere naturwissenschaftliche Forschungund neue technische Entwicklungen notwendig. Für die Umsetzung braucht man
heute und auch zukünftig vor allem technische Experten, wie z. B. Ingenieure,Handwerker, Facharbeiter oder Forscher,aber auch die Zusammenarbeit mit anderen Fachbereichen, etwa Marketing,
Betriebswirtschaft oder Sozialwissenschaften. Interesse und Motivation fürtechnische Berufsfelder erwächst meist
während der Schulzeit. Hier werden dieGrundlagen gelegt. Wichtig ist neben derVermittlung von Fakten, Begeisterung fürTechnik zu wecken, zur Auseinandersetzung über ihre Chancen und Risiken zu
motivieren sowie erste praktische Erfahrungen zu sammeln.
Schuleigene Photovoltaikanlagen sind ein
guter Ansatz zur Integration erneuerbarer Energietechniken in den Schulunterricht. Schülerinnen und Schüler
können zur Vertiefung ihres theoretischen
Wissens an einer realen Anlage Messungen bilanzieren und Erträge berechnen.
Durch die Gegenüberstellung des eigenen Stromverbrauchs und des erzeugten
Solarstroms können realistische Vorstellungen vom „Wert“ des Stroms sowie

von Aufwand undPotential der Photovoltaik vermittelt
werden. Bei einer zu
erwartenden Lebensdauer von über 20
Jahren profitieren
mehrere Schülergenerationen von denAnlagen. An vielen
Schulen wurden sie
auch bei Schulfestenu. ä. der allgemeinenÖffentlichkeit vorgestellt; eine guteAbb. 1
Schüler montieren eine PV-Anlage
Chance, über umwelt[Wentzinger Schulen Freiburg]
freundliche Technik
zu informieren. Häufig führte die ErrichDas Bundesministerium für Wirtschaft
tung einer Photovoltaikanlage dazu, denund Technologie (BMWi) fördert dieStrom- und Wärmebedarf der Schule insErrichtung schuleigener Photovoltaikgesamt kritisch zu durchleuchten undanlagen im Rahmen des Programms
parallel, z. B. durch angepasstes Lüften
„Sonne in der Schule“ mit einem Festund Heizen, Energie zu sparen. Dasbetrag bis zu 6.000,- DM. Bis zum April
Thema Photovoltaikanlage bietet zahl2000 wurden mehr als 300 Schulen inreiche Ansatzpunkte für fächerübergreidie Förderung aufgenommen. Außerdem
fendes Arbeiten, z. B. Informatik, Erdwird jede ins öffentliche Netz eingespeiste
kunde oder auch Deutsch und Kunst bei
Kilowattstunde nach dem Erneuerbarender Gestaltung der Öffentlichkeitsarbeit.
Energiengesetz vergütet. Für Anlagen, dieOft wurden Schüler an den Projektschuin den Jahren 2000/2001 in Betrieb
len auch so motiviert, dass sie auch ingehen, sind das 99 Pf./kWh.
ihrem privaten Umfeld Möglichkeiten
ZENTRALE BEGRIFFEZENTRALE BEGRIFFE
des Energiesparens konsequenter genutzt--> Zukunftsaufgaben
haben.
--> Forschung--> Sonne in der SchuleSONNEDERSO
N N E I N D EIN
R SCHULE

151050<550 550 600 650 700 750 800 850 900 950 >950
[kWh/kWp]

Abb. 2Verteilung derJahreserträge 1999

Anlagenertrag(kWh/kWpa)

79110 Freiburg

2

BINE basisEnergie

1.149

MSX 64 1)

SWR 850 6)
SWR 850 6)BBS Naturwissenschaften

67059 Ludwigshafen

956

Heidegymnasium

06909 Pretzsch

955

M 55 2)

SWR 850 6)

Kreisberufsschule23758 Oldenburg

931

M 55 2)

SPN 1000 2)

Gewerb. und Hausw. Schulen 77694 Kehl

926

M 55 2)

SPN 1000 2)

Wentzinger-Schulen

79110 Freiburg

925

MSX 64 1)

SWR 850 6)

Berufliche Schulen
Kreis Ostholstein

23701 Eutin

920

SF 115 3)

SWR 850 6)

Berufliches Schulzentrum

74321 Bietigheim-Bissingen

915

M 110 2)

DMI 100 7)

Hans-Thoma-Gymnasium

79540 Lörrach

914

I-110 4)

SWR 850 6)

St. Meinrad-Gymnasium

72108 Rottenburg

911

H 800A 5)

Fronius 2000-1

Nepomucenum48653 Coesfeld

903

MSX110 1)

SWR 850 6)** Anlage mit Reflektoren an den Modulen; 1) Solarex; 2) Siemens;3) Solarfabrik Freiburg; 4) Isofoton 5) Helios; 6) SMA; 7) Dorfmüller

Abb. 3Die zehn Anlagen mit den
höchsten Jahreserträgen 1999

AUFGABEN
Organisatorischereserträge 1999 und Abb. 3 die 10 besten
Schulen.
Die Errichtung einer Photovoltaikanlage ist
für Schulen ein Projekt, das ganz verschiedene Fähigkeiten von Schülern, Lehrern,Eltern und Schulträgern fordert und fördert. Abb. 4 stellt eine Auswahl der verschiedenen Aufgaben vor.
Auch einige Energieversorgungsunternehmen und ihre regionalen Partner, z. B. dieHEW, BEWAG, EVS, ESAG, Bayern Werke
und PreussenElectra (SonneONLINE)
haben in den letzten Jahren in ihren damaligen Versorgungsbereichen insgesamt mehrals 1.000 schulische Solarstromanlagen
gefördert. Bei SonneONLINE beispielsweiseerhielten die Schulen eine Standardanlage
von 1,1 kWp sowie einen Internet-Zugang
zur Kommunikation aller teilnehmenden
Schulen (nähere Angaben S. 4).

■ Planung des Projekts■ Überzeugung relevanter Gremien(z.B. Schulträger)■ Spendenbeschaffung■ ÖffentlichkeitsarbeitManuelle■ Unter fachkundiger Anleitung

Mitarbeit bei der Montage
Wirtschaftliche■ Erträge bilanzieren■ Einnahmen bilanzieren■ Umweltbilanz

Planerische■ Auslegung der Anlage■ Analyse des Aufstellungsortes■ Ertragsprognose

Abb. 4ZENTRALE BEGRIFFEZENTRALE BEGRIFFE--> Förderbedingungen--> Datenerfassung--> JahreserträgeWÄCHSTSpendenaufruf 1997▼

1998/99 wurden hierdurch insgesamt
33.000 DM und in 1999/2000 bereits
43.000 DM Energiekosten eingespart, diezur Finanzierung von zusätzlichen Energiesparmaßnahmen und zur Erweiterung
der Photovoltaikanlage (Abb. 5) verwendet werden konnten.
Spende Elternfonds

13.000 DM▼

eine baugleiche, unverspiegelte Anlage. AnAufbau und Montage der Anlage sowie derInternetpräsentation des Projekts (S. 4)
waren ca. 80 Schüler aller Altersstufen
beteiligt. Allerdings erfolgte die Abnahme
und der Anschluß ans öffentliche Stromnetz durch einen hierfür befugten Elektromeisterbetrieb, da dieses rechtlich vorgeschrieben ist.
Das Solarprojekt ist heute ein zentraler
Identifikationspunkt der Schule. 1997
wurde der gemeinnützige Verein „WentzSolar e.V.“ gegründet, der die Förderung
Erneuerbarer Energietechniken und vonEnergiesparmaßnahmen an den Wentzinger Schulen zum Ziel hat. Weiterhin ist die
Schule an der Aktion „Klimafreundlicheund energiesparende Schule“ des LandesBaden Württemberg beteiligt. Im Schuljahr

Beispiele für Projektanforderungen5.000 DMSchüleraktionen Sportsolartage▼n den Wentzinger Schulen in Freiburg(Gymnasium und Realschule) begann
die Solarenergienutzung mit dem 25-jährigen Schuljubiläum 1997. Auf Initiative
zweier Lehrer wurde eine 1,15 kWp Anlageerrichtet. Schüler, Eltern und Lehrer entschlossen sich, diese Anlage kontinuierlichauszubauen. Bis zum Sommer 2000 ist die
Photovoltaikanlage auf 21 kW von verschiedenen Herstellern angewachsen. EinTeil (ca. 1,2 kW) ist mit einem V-Trog-Spiegelsystem ausgestattet, um den Lichteinfall
auf die Module zu erhöhen. Sowohl dieSpiegelanlage als auch die übrige Anlage
wird mehrmals im Jahr im Neigungswinkel dem sich ändernden Sonnenstand angepasst. Nach den Erfahrungen der Wentzinger Schulen erbringt die Spiegelanlage imDurchschnitt 20 – 30% mehr Leistung als

WechselrichterM 55 2)

D IDIEE A N L AANLAGE
G E W Ä C H S T WÄCHSTU N D W Ä C H S TUND...

AModultyp40.000 DM

Verein WentzSolar - Beiträge
Eingesparte Energiekosten
Diverse Fördergelder(davon „Sonne in der Schule“12.000 DM)Öffentliche Darlehen und Kredite
Stromverkauf an Stadtwerke

Abb. 5▼20Ort

20.000 DM▼

Anzahl der Anlagen

25Wentzinger – Schulen **PLZ

20.000 DM▼

30

Schule40.000 DM

112.500 DM▼

as Programm „Sonne in der Schule“
fördert schuleigene Photovoltaikanlagen ab einer installierten Leistung von 1 kWp
mit bis zu 6.000 DM. Bei den derzeitigen
Anlagenpreisen beträgt damit bei einer
1 kW-Anlage der Eigenanteil, der vom
Schulträger noch zu erbringen ist, etwa
10.000 - 14.000 DM. In der Auswahl derModule und Komponenten sind die Betreiber frei. Sie sind für Baugenehmigung,
Betrieb, Wartung und Sicherheit verantwortlich. Mit den Schulen wurde vereinbart, im Rahmen des wissenschaftlichen
Begleitprogramms drei Jahre lang diemonatlichen Ertragsdaten durch Ablesendes üblichen Stromzählers zu melden. Fürden Unterricht erhalten sie zusätzlich ein
einfaches, kostenloses Messsystem. Dieses
umfasst einen Sensor für die Sonneneinstrahlung, ein Datenerfassungssystem fürdas Speichern der Tagessummen der Parameter Einstrahlung, Stromerzeugung, Stromeinspeisung und eine Software zur grafischen Umsetzung. Voraussetzung für dieFörderung ist eine Netzeinspeisung derAnlage. Abb. 2 zeigt die Verteilung der Jah-▼DSCHULE

2.000 DM

Finanzierung der Anlage
der Wentzinger Schulen

PHOTOVOLTAIKPHO T O V O LTA I K I N D E R B EIN
R U F S DERA U S B I L DBERUFS
UNG I

Dgenutzt, um mit Schülerinnen und Schülern den Weg des Solarstroms vom Modul zum Einspeisepunkt zu verfolgen. Hierzugehören u. a. die Auswertung und grafische Umsetzung der Messwerte.

ie Photovoltaikanlage der Beruflichen Schule des Kreises Ostholstein in Eutin wurde im Oktober 1997 auf einem Flachdach(Abb. 6) installiert. Von den 33.750 DM Baukosten hat der Landkreis als Schulträger 27.750 DM und „Sonne in der Schule“ 6.000DM bezahlt. Die Anlage arbeitet seit Betriebsbeginn störungsfrei
und hat in 22.423 Betriebsstunden (Sept. 2000) bisher 5.146 kWherzeugt. Die guten Ertragsdaten in Eutin zeigen, dass auch in Schleswig-Holstein, Mecklenburg-Vorpommern und Niedersachsen überdurchschnittliche Erträge möglich sind. Der Solarstrom wird bislangins Schulnetz eingespeist; derzeit plant der Schulträger den Anschlußans öffentliche Stromnetz. Photovoltaik ist Thema in den Berufsschulklassen der Elektroinstallateure und der Gas- und Wasserinstallateure sowie für die Schüler des ebenfalls hier beheimateten
Fachgymnasiums. Das Thema Solare Stromerzeugung ist eingebettet in eine Unterrichtseinheit über Erneuerbare Energiequellen.
Die PV-Anlage wird zur Vertiefung der theoretischen Kenntnisse

Abb. 6

Berufsschule Eutin

PHOTOVOLTAIKPHO T O V O LTA I K I N D E R B EIN
R U F S DERA U S B I L DBERUFSUNG II
noch eine Reihe von photovoltaischen Inselanwendungen, z. B. eine Wetterstation, realisiert. Die Anlage hat bislang bis auf einen

Wechselrichterausfall zuverlässig funktioniert (Abb. 7) und speist in das öffentlicheNetz ein.

40353025
20
151053937

35

33

31

292725

23

21

19

1715

13

9117

5

301m Beruflichen Schulzentrum in Bietigheim-Bissingen ist die 1,1 kWp Anlage
auf einem Flachdach installiert und verstellbar. Die mechanische Konstruktion
wurde unter Anleitung von Lehrern durch
Schüler der 1-jährigen und 2-jährigen
Berufsfachschule durchgeführt. Dokumentiert sind für die Tragekonstruktion: 100 m
Aluminium U-Profil, ca. 530 Bohrungen, 68
gesägte Schrägen und 34 gefräste Schlitze.
Neben der öffentlichen Förderung wurden
die Eigenmittel über den Förderverein derSchule, die Elektro-Innung und aus normalen
Haushaltsmitteln erbracht.
Im Unterricht der Elektroinstallateure sindder Schaltplan, die Komponenten und dieNetzanbindung Thema. Die Leistungsdatenwerden kontinuierlich erfasst und grafischdargestellt. Als reine Schülerarbeiten wurdenkWhAKalenderwocheAbb. 7

Wochenerträge (in kWh/kWp) der Anlage in Bietigheim-Bissingen

PHOTOVOLTAIKPHO T O V O LTA I K I M U N T E RIM
R I C H TUNTERRICHT

I

160140120100
kWh80
60
4036

1905

5304

104

14003

113

14902

152

3601

0135262021m September 1998 wurde die 1,1 kWp Anlage des Gymnasium
Nepomucenum in Coesfeld in Betrieb genommen. Schülerinnenund Schüler der 10. Klasse haben im Rahmen des Wahlpflichtfachs
Naturwissenschaften an der Montage der Trägergestelle und derModule mitgearbeitet. Damit haben sie mit einer Eigenleistung imWert von ca. 2.000 DM zu den insgesamt 17.000 DM Anlagenkosten beigetragen. Der Rest wurde von der Stadt Coesfeld und dem
Förderverein erbracht, der auch Eigentümer der Anlage ist. Abb. 8zeigt die Monatswerte für das Jahr 1999.
Die Solarstromanlage wird in den naturwissenschaftlichen Unterricht der 9. und 10. Klassenstufe integriert: Hier werden u. a. derEnergiebegriff, die Energiegewinnung, die Diode, die Halbleiter,
die optimale Ausrichtung der Anlage und die Leistung thematisiert. Experimentell kann u. a. der Wirkungsgrad der Anlage ermittelt sowie die Tages-, Monats- und Jahresmittelwerte bestimmt
werden. Ein weiteres Thema ist die Möglichkeit, den Solarstrom zurErzeugung von Wasserstoff für Brennstoffzellen zu verwenden.

06

07

08

09

10

11

12

MonatAbb. 8PV-Anlage Nepomucenum
Monatliche Erträge 1999 (kWh/kWp)

BINE basisEnergie

3

WWEITERE
E I T E R E M Ö G L I CMÖGLICHKEIHKEITEN

Die netzgekoppelten, schuleigenen PVAnlagen bieten, wie auch die Beispielezeigen, gute Möglichkeiten, den Aufbau, dieverschiedenen Komponenten und die Leistung einer Anlage im Unterricht zu thematisieren. Für weitergehende Versuche zu den
physikalischen Grundlagen der Photovoltaik
bietet der Markt eine Reihe von ExperimenKennlinie einer Solarzelle, Messung vonStrom und Spannung in Abhängigkeit von:■ der Last(Bestimmung des Punktes maximaler Leistung)■ der Strahlungsintensität■ der Lichtfarbe■ der Zelltemperaturtier- und Lernsystemen an. Diese enthalten
sowohl für die berufliche wie gymnasiale
Schulausbildung grundlegende Experimente,Anleitungen für eigenständiges Arbeiten derSchüler und Anregungen für Lehrer. Eine
Liste der Anbieter steht im BINE-Internetangebot bereit (s. u.). Die Abb. 9 stellt einige
typische Effekte vor, die in den Physikunterricht integriert werden können.
Schuleigene Photovoltaikanlagen bieten nicht
nur viele pädagogische Möglichkeiten, sondern durch das „Erneuerbare Energien
Gesetz“ auch eine kleine Einnahmenquelle
für Anlagenbetreiber.

Einstrahlungsbedingungen, Geometrieauf die Solarzellenleistung■ Direktes und diffuses Licht(Ausblendung einzelner Komponenten, Verschattung)■ Konzentrierende Systeme(Spiegel- und Linsensysteme)■ Parallelschaltung(Addition der Ströme)■ Reihenschaltung

Aufbau der Anlage an den
Wentzinger Schulen■ Förderanträge im Rahmen des Programms „Sonne in der Schule“ können Schulen noch bis zum

15. Okt. 2002 stellen. Nähere Informationen zum Programm sind im BINE Internet-Angebot zum
Download eingestellt. Desweiteren finden Sie hier eine Liste von Lernsystemen und Unterrichtsmaterialien zum Thema „Photovoltaik“.
■ Das Wentzinger Gymnasium steht unter

http://www.wentz.fr.schule-bw.de (Rubrik „Solarprojekt“)■ Das Programm SONNEonline steht unter http://www.SONNEonline.de■ Ein basisEnergie-Info zu den naturwissenschaftlichen und technischen Grundlagen derPhotovoltaik ist bereits erschienen. Es ist kostenlos bei BINE erhältlich bzw. kann als Download
bezogen werden.

L ILITERATUR
T E R AT U R■ Deutsche Gesellschaft für Umwelterziehung – Büro Schwerin (Hrsg.), Sonne in der Schule –Sonne macht Schule – Ein Projektergebnis in Text und Bild, Schwerin 2000
■ Staiß, F.; Knaupp, W.: Photovoltaik: Ein Leitfaden für Anwender. Ein BINE-Informationspaket.

Fachinformationszentrum Karlsruhe (Hrsg.). Köln: TÜV Verlag. ISBN 3-8249-0519-1..

Unsere Informationen furSchule, Beruf und Erwachsenenbildung finden SIE unter:
http://bine.fiz-karlsruhe.de
Dort ist in der Rubrik"Service" (Infoplus) eineaktuelle Linkliste zum Themaeingestellt.

4BINE basisEnergie▼ Fachliche Beratung
Deutsche Gesellschaft für Umwelterziehung,
Büro Schwerin, Hagenower Str. 73,
19061 Schwerin
Ulrich Hoffmann, Wentzinger Gymnasium
Freiburg▼ Redaktion
Uwe Milles

BINE – INFORMATIONEN UNDIDEEN ZU ENERGIE & UMWELT
BINE ist ein vom Bundesministerium fürWirtschaft und Technologie geförderter
Informationsdienst des Fachinformationszentrums Karlsruhe.
BINE informiert über neue Energietechniken und deren Anwendung inWohnungsbau, Industrie, Gewerbe undKommunen.
BINE bietet Ihnen folgende
kostenfreie Informationsreihen■ Projekt-Infos■ Profi-Infos■ basisEnergie
Nehmen Sie mit uns Kontakt auf,
wenn Sie vertiefende Informationen,
spezielle Auskünfte, Adressen etc.
benötigen, oder wenn Sie allgemeine
Informationen über neue Energietechniken wünschen.

..

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Erganzende

Informationen

http://bine.fiz-karlsruhe.de/U76344 Eggenstein-Leopoldshafen

Info-Mappen / DownloadZ

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jeweils eine kostenlose Mappe
mit vertiefenden Informationen..
bei BINE erhaltlich.
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Alle Abbildungen stehen fur
Bildungszwecke unter
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in der Rubrik "Service"kostenlos zum Download zur..
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EdenAbb. 10

H HINWEISINWEIS

im WebGesellschaft für wissenschaftlich-technische Information mbH▼ StandDezember 2000

(Addition der Spannung, Verschattungseffekte)

Bildung & Energie

FACHINFORMATIONSZENTRUM
KARLSRUHE▼ Nachdruck
Nachdruck des Textes zulässig bei vollständiger Quellenangabe und gegen Zusendungeines Belegexemplares - Nachdruck derAbbildungen nur mit Zustimmung der
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Verschaltung von Solarzellen

Beispiele für physikalische Experimente▼ Herausgeber▼ ISSN
1438–3802■ Einfluss des Einstrahlwinkels

Abb. 9IMPRESSUM