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Projekt Energieeffiziente Werkstatt – Eine PV-Lösung für die Werkstatt vergleichen

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Einleitung

Projekt Energieeffiziente Werkstatt – Eine PV-Lösung für die Werkstatt vergleichen

Zielgruppe: Ausbildung in Elektrotechnik, Mechatronik, Metalltechnik und Gebäudetechnik

Lernform: Projektorientierter Lernkurs mit sechs kurzen Lerneinheiten, Simulationen und fortlaufendem Projektdossier.

Projektauftrag: Du vergleichst zwei Photovoltaik-Lösungen für eine Ausbildungswerkstatt. Du untersuchst das Dach, den Strombedarf und die möglichen Solarerträge. Anschließend begründest Du, welche Lösung unter den getroffenen Annahmen geeigneter ist.

Beispielfoto einer Dachanlage. Die Werkstatt dieses Lernprojekts ist ein fiktiver Ausbildungsfall.

Dein Ziel: Eine nachvollziehbare Entscheidungsvorlage statt einer bloßen Ertragszahl.

Wichtige Sicherheitsregel: Du arbeitest mit Skizzen, vorhandenen Daten, digitalen Simulationen und gegebenenfalls berührungssicheren, strombegrenzten Schulungsmodellen unter Aufsicht. Reale Elektroarbeiten, Prüfungen an elektrischen Anlagen, Anschlüsse und Inbetriebnahmen dürfen ausschließlich entsprechend qualifizierte und beauftragte Personen durchführen. Arbeiten auf Dächern sind ebenfalls keine Lernaufgabe zur selbstständigen praktischen Durchführung. Quizresultate und Projektbewertungen sind niemals eine Freigabe für reale Arbeiten.

Der Ausbildungsfall

Die fiktive Ausbildungswerkstatt Sonnenwerk Ulm möchte ihren Netzstrombezug durch eine Photovoltaikanlage reduzieren.

Ausgangsdaten	Ausbildungsannahme
Standort	Ulm, Baden-Württemberg
Dachausrichtung	Süden
Dachneigung	25 Grad
Dachabmessungen	10 m × 7 m, auf der Dachfläche gemessen
Dachfläche insgesamt	70 m²
Vorläufig nutzbare Fläche	40 m²
Mögliche Störfläche	Schornstein mit zeitweiligem Schatten
Jährlicher Strombedarf	8.000 kWh
Werkstattbetrieb	Vorwiegend Montag bis Freitag, 8 bis 16 Uhr
Speichersystem	Zunächst keines

Wichtig: Alle Gebäude-, Verbrauchs- und Ertragszahlen sind fiktive Ausbildungsdaten. Sie sind weder Messprotokoll noch geprüfte Anlagenplanung. Dachstatik, konkrete Modulbelegung, Befestigung, Abstände und elektrische Eignung sind nicht nachgewiesen.

Zwei Varianten

Merkmal	Variante A – Kompakt	Variante B – Erweitert
Module	10	14
Modulleistung	440 Wp	440 Wp
Gesamtleistung	4,40 kWp	6,16 kWp
Reine Modulfläche	ca. 20 m²	ca. 28 m²
Verschattung	Modellhaft unverschattet	Zusätzliche Module mit möglicher Verschattung
Vorteil	Geringerer Flächenbedarf	Größere installierte Leistung
Offene Frage	Reicht der Ertrag?	Ist der Mehrertrag nutzbar und wirtschaftlich?

Die Modulfläche ersetzt keine maßstäbliche Belegungsplanung. Beide Varianten müssen anhand der tatsächlichen Modulabmessungen und erforderlichen Abstände geprüft werden.

Dein fortlaufendes Projektdossier

Lege eine digitale Mappe oder ein Projektheft mit folgenden Bestandteilen an:

Dossier	Inhalt	Nachweis
D1 – Dach	Dachskizze und Belegungsvarianten	Zeichnung mit Maßen und Sperrflächen
D2 – Bedarf	Jahresverbrauch und Tageslastprofil	Tabelle und Diagramm
D3 – Simulation	Ertrag beider PV-Varianten	PVGIS-Ausgabe mit Eingabeparametern
D4 – Vergleich	Energieflüsse und Entscheidungskriterien	Rechenblatt und Vergleichsmatrix
D5 – Prüfprotokoll	Quellen, Medienrechte und offene Sicherheitsfragen	Prüfliste mit Status und Zuständigkeiten
D6 – Projektabgabe	Begründete eigene Empfehlung	Bericht, Präsentation oder Erklärvideo

Kennzeichne jede Zahl als vorgegeben, berechnet, simuliert, gemessen oder noch ungeprüft.

Lerneinheit 1 – Solarstrom verstehen

Dauer: ca. 10–15 Minuten

Vom Sonnenlicht zur Werkstattmaschine

Von der Solarzelle über das Modul zum Modulfeld.

Photovoltaik wandelt Licht direkt in elektrische Energie um. Die Module erzeugen Gleichstrom. Ein Wechselrichter wandelt diesen für eine netzgekoppelte Anlage in Wechselstrom um.

Energieflüsse einer netzgekoppelten PV-Anlage ohne Speicher.

Solarstrom kann zeitgleich in der Werkstatt verbraucht werden. Ein Überschuss kann unter den entsprechenden Voraussetzungen in das Netz fließen. Reicht der Solarstrom nicht aus, wird zusätzlich Netzstrom benötigt.

Video: Wie funktioniert eine Photovoltaik-Anlage? – Umweltministerium Baden-Württemberg.

Mini-Aufgaben

Basis: Benenne Solarmodul, Wechselrichter, Verbraucher und Stromnetz. Feedback: Erst der vollständige Energiefluss erklärt, wie Solarstrom genutzt wird.

Anwendung: Zeichne für D1 ein einfaches Energieflussschema. Feedback: Ein guter Plan unterscheidet Erzeugung, Eigenverbrauch, Einspeisung und Netzbezug.

Transfer: Erkläre, weshalb eine Werkstatt trotz großer PV-Anlage Netzstrom benötigen kann. Feedback: Entscheidend ist die zeitliche Übereinstimmung zwischen Strombedarf und Solarerzeugung.

Hilfe 1: Verfolge die Pfeile in der Grafik.

Hilfe 2: Denke an Nachtstunden und bewölkte Tage.

Hilfe 3: Prüfe, ob Deine Zeichnung beide möglichen Richtungen am Netzanschlusspunkt berücksichtigt.

Lerneinheit 2 – Das Werkstattdach untersuchen

Dauer: ca. 15 Minuten

Dachfläche und Sonnenstand

Beispiel eines Sonnenstandsdiagramms für 49 Grad nördlicher Breite; keine standortspezifische Simulation für die Werkstatt.

Der Sonnenstand verändert sich im Tages- und Jahresverlauf. Dachneigung, Ausrichtung, Hindernisse und Verschattung beeinflussen die Stromproduktion.

Reales Beispiel einer Teilverschattung durch einen Schornstein.

Teilverschattung kann den Ertrag beeinträchtigen. Bei in Reihe verschalteten Zellen und Modulen können zusätzliche Verluste entstehen. Die konkrete Wirkung hängt von Modulen, Verschaltung, Bypassdioden und Wechselrichtertechnik ab.

Video: Der Fachwerker – Verschattung von PV-Anlagen. Für diese Lerneinheit insbesondere den erklärenden Anfang bis etwa Minute 7 ansehen; keine Montageanleitung durchführen.

Skizzenauftrag D1

Zeichne das Süddach im Maßstab 1:100. Bei diesem Maßstab entspricht 1 m in der Wirklichkeit 1 cm in Deiner Zeichnung.

Markiere die Dachränder, den Schornstein, eine angenommene Schattenzone und zunächst nur die vorläufig nutzbare Fläche. Entwerfe anschließend zwei Modulbelegungen.

Basis: Berechne die gesamte Dachfläche. Feedback: 10 m × 7 m ergeben 70 m²; das ist noch keine nutzbare Modulfläche.

Anwendung: Vergleiche 20 m² und 28 m² reine Modulfläche mit 40 m² vorläufig nutzbarer Dachfläche. Feedback: Ein positiver Flächenvergleich garantiert noch keine geometrisch oder bautechnisch geeignete Belegung.

Transfer: Verschiebe die angenommenen Schattenflächen in Deiner Skizze. Welche Variante ist empfindlicher? Feedback: Zusätzliche Module erhöhen nicht automatisch den nutzbaren Ertrag, wenn sie ungünstig platziert sind.

Hilfe 1: Beginne mit einem Rechteck von 10 cm × 7 cm.

Hilfe 2: Zeichne Hindernisse und Ausschlussbereiche vor den Modulen.

Hilfe 3: Prüfe die Modulabmessungen und begründe, welche Abstände, Befestigungs- und Sicherheitsfragen noch durch Fachleute geklärt werden müssen.

Lerneinheit 3 – Den Strombedarf erkennen

Dauer: ca. 10–15 Minuten

Energieverbrauch und Lastprofil

Elektrische Leistung wird beispielsweise in kW angegeben. Der Energieverbrauch wird in kWh erfasst.

Energie = Leistung × Zeit

Ein Gerät mit 2 kW Leistung benötigt bei einer Betriebsdauer von drei Stunden 6 kWh elektrische Energie, sofern die Leistung konstant bleibt.

Für die Werkstatt gilt folgendes fiktives Jahresprofil:

Verbrauchergruppe	Jahresbedarf
Maschinen	3.400 kWh
Druckluft	2.700 kWh
Beleuchtung	1.200 kWh
Lüftung und Bereitschaftsverbrauch	700 kWh
Gesamt	8.000 kWh

Ein Lastprofil zeigt, wann Energie benötigt wird. Das ist für die PV-Planung wichtiger als nur die Jahressumme zu betrachten.

Beispiel eines Werkstatttages

Zeitfenster	Strombedarf
8–12 Uhr	10 kWh
12–16 Uhr	12 kWh
16–8 Uhr	8 kWh
Gesamt	30 kWh

Die Jahresannahme lässt sich als vereinfachtes Modell mit 250 solchen Arbeitstagen und zusätzlich 500 kWh außerhalb dieser Tage darstellen: 250 × 30 kWh + 500 kWh = 8.000 kWh.

Basis: Kontrolliere die Summen. Feedback: Korrekte Einheiten und eine stimmige Energiebilanz sind die Grundlage aller Vergleiche.

Anwendung: Zeichne das Tagesprofil als Balkendiagramm für D2. Feedback: Die Darstellung macht Verbrauchsschwerpunkte sichtbar.

Transfer: Untersuche, wie Druckluftverluste oder unnötige Beleuchtung den Bedarf erhöhen können. Feedback: Energieeffizienzmaßnahmen können den Netzstrombedarf auch ohne zusätzliche PV-Module verringern.

Hilfe 1: Addiere zuerst die Verbrauchergruppen.

Hilfe 2: Unterscheide Leistungswerte in kW und Energiemengen in kWh.

Hilfe 3: Markiere die Zeiten, in denen Werkstattbetrieb und Sonneneinstrahlung wahrscheinlich zusammenfallen.

Lerneinheit 4 – PV-Erträge simulieren

Dauer: ca. 15–20 Minuten

Vom Potenzial zum Jahresertrag

Photovoltaisches Ertragspotenzial in Deutschland. Quelle: Global Solar Atlas / Weltbank / Solargis. Die Karte beschreibt modellierte Standardbedingungen und ist kein Ertragsnachweis für das konkrete Werkstattdach.

Für eine grobe Rechnung wird der spezifische Jahresertrag verwendet:

Jahresertrag = PV-Leistung × spezifischer Jahresertrag

Als reine Ausbildungsannahme gelten 900 kWh je kWp und Jahr.

Rechnung	Variante A	Variante B
PV-Leistung	4,40 kWp	6,16 kWp
Ertrag ohne gesonderte Schattenkorrektur	3.960 kWh/a	5.544 kWh/a
Zusätzlich angenommene Schattenminderung	keine	10 Prozent
Szenarioertrag	3.960 kWh/a	ca. 4.990 kWh/a

Rechnung B: 6,16 × 900 × 0,90 = 4.989,6 kWh/a.

Diese Werte sind keine Ergebnisse von PVGIS. Die 10 Prozent Schattenminderung sind lediglich eine didaktische Szenarioannahme. Sie dürfen bei einer realen Simulation nicht zusätzlich angesetzt werden, wenn die betreffenden Verluste dort bereits erfasst wurden.

PVGIS als digitales Werkzeug

Nutze das offizielle PVGIS der Europäischen Kommission.

Die wissenschaftliche Dokumentation findest Du beim Joint Research Centre. Dort werden unter anderem Einstrahlung, Modulneigung, Ausrichtung und Systemverluste beschrieben.

Arbeitsfolge:

Standort: Wähle Ulm auf der Karte.
Dachneigung: Gib 25 Grad ein.
Ausrichtung: Gib Süden ein; bei PVGIS 5 entspricht das 0 Grad Azimut.
Nennleistung: Berechne zuerst 4,40 kWp, anschließend 6,16 kWp.
Systemverluste: Verwende dokumentierte und für beide Varianten vergleichbare Annahmen.
Ertragsprognose: Speichere Jahreswerte, Monatswerte, Eingaben und Versionsangaben im Dossier D3.

Bearbeite mögliche Teilverschattung ausdrücklich als zusätzliche fachlich begründete Untersuchung, wenn das Werkzeug sie nicht ausreichend abbildet.

Basis: Berechne die installierte Leistung beider Varianten. Feedback: Die Modulanzahl wird mit der einzelnen Nennleistung multipliziert; Wp muss anschließend in kWp umgerechnet werden.

Anwendung: Führe zwei PVGIS-Simulationen durch. Feedback: Ein Vergleich ist nur aussagekräftig, wenn Eingaben und Unterschiede nachvollziehbar dokumentiert sind.

Transfer: Variiere eine relevante Annahme, etwa die Verschattung oder Ausrichtung. Feedback: Eine Sensitivitätsprüfung zeigt, wie stabil Deine Empfehlung gegenüber unsicheren Annahmen ist.

Hilfe 1: 1.000 Wp entsprechen 1 kWp.

Hilfe 2: Unterscheide eine Nennleistung in kWp vom Jahresertrag in kWh.

Hilfe 3: Prüfe, ob PVGIS und Deine eigene Rechnung dieselben Verluste bereits berücksichtigen.

Lerneinheit 5 – Solarstrom mit dem Bedarf vergleichen

Dauer: ca. 15 Minuten

Eigenverbrauch ist nicht Autarkie

Der Eigenverbrauchsanteil beschreibt, welcher Anteil der PV-Erzeugung selbst genutzt wird.

Der Autarkiegrad beschreibt, welcher Anteil des Strombedarfs durch die eigene PV-Anlage gedeckt wird.

Ohne Speicher hängt beides besonders von der zeitgleichen Erzeugung und Nutzung ab.

Video: Mehr Eigenverbrauch mit deiner Photovoltaik-Anlage – schlau energiesparen. Besonders die Abschnitte zum zeitlichen Verbrauchsprofil beachten. Historische Preisbeispiele nicht als aktuelle Tarife übernehmen.

Vereinfachte Tagesmodellierung

Nutze die folgenden künstlichen Lernwerte für einen sonnigen Beispieltage. Sie sind weder gemessene Werte noch PVGIS-Ausgaben.

Zeitfenster	Bedarf	PV A	PV B
8–12 Uhr	10 kWh	8 kWh	11 kWh
12–16 Uhr	12 kWh	11 kWh	16 kWh
16–8 Uhr	8 kWh	1 kWh	2 kWh
Summe	30 kWh	20 kWh	29 kWh

Für eine einfache Näherung verwendest Du je Zeitfenster den kleineren Wert von Bedarf und PV-Erzeugung.

Variante A: 8 + 11 + 1 = 20 kWh modellhaft gleichzeitig nutzbarer Strom.

Variante B: 10 + 12 + 2 = 24 kWh modellhaft gleichzeitig nutzbarer Strom.

Daraus folgen für diesen Modelltag:

Tagesbilanz	Variante A	Variante B
Solarerzeugung	20 kWh	29 kWh
Modellhafter Eigenverbrauch	20 kWh	24 kWh
Modellhafte Überschüsse	0 kWh	5 kWh
Verbleibender Netzbezug	10 kWh	6 kWh

Methodengrenze: Die Berechnung mit breiten Zeitfenstern liefert nur eine vereinfachte Obergrenze des zeitgleichen Verbrauchs. Für eine belastbare Jahresbilanz sind möglichst zeitlich hoch aufgelöste Erzeugungs- und Lastdaten erforderlich. Dieser einzelne Tag darf nicht auf ein ganzes Jahr hochgerechnet werden.

Basis: Berechne den Modellüberschuss von B. Feedback: Von 29 kWh Erzeugung werden im Modell 24 kWh selbst genutzt; 5 kWh bleiben übrig.

Anwendung: Vergleiche den modellhaften Netzbezug. Feedback: An diesem Beispieltage spart B mehr Netzstrom, obwohl nicht jede zusätzlich erzeugte Kilowattstunde selbst genutzt wird.

Transfer: Erkläre, warum der Jahresertrag allein keine sichere Aussage über jährlichen Eigenverbrauch und Wirtschaftlichkeit erlaubt. Feedback: Jahreszeiten, Arbeitszeiten und zeitliche Lastspitzen verändern den tatsächlichen Nutzen.

Hilfe 1: Vergleiche Erzeugung und Bedarf für jedes Zeitfenster.

Hilfe 2: Eigenverbrauch = selbst genutzte PV-Energie; Netzbezug = Bedarf minus selbst genutzte PV-Energie.

Hilfe 3: Ersetze die groben Zeitfenster nach Möglichkeit durch Stunden- oder Viertelstundenwerte und überprüfe die Abweichung.

Lerneinheit 6 – Prüfen, vergleichen, entscheiden

Dauer: ca. 15–20 Minuten

Sicherheit und fachliche Grenzen

Beispiel einer realen Dachmontage durch Fachpersonal; keine praktische Handlungsanweisung.

PV-Module können bei Lichteinfall elektrische Spannung erzeugen. Gleichstromkreise, Dacharbeiten, Schutzmaßnahmen, Netzanschluss, Statik und Inbetriebnahme erfordern eine fachgerechte Planung und die jeweils notwendige Qualifikation.

Die DGUV Information 203-080 beschreibt Gefährdungen bei Montage und Instandhaltung. Die DGUV Vorschrift 3 behandelt elektrische Anlagen und Betriebsmittel.

Für Lernende erlaubt: Dokumentenanalyse, Software-Simulation, Rechnungen, Skizzen und beaufsichtigte Versuche an dafür geeigneten berührungssicheren Schulungsmodellen.

Keine selbstständigen Lernhandlungen: Dachbegehungen, Elektroinstallationen, Arbeiten an aktiven PV-Leitungen, Messungen an realen spannungsführenden Anlagen oder Netzanschlüsse.

Prüfprotokoll D5

Prüfgegenstand	Ausbildungsstand	Zuständigkeit vor einer möglichen Realisierung
Dachmaße und Hindernisse	Fiktive Annahmen	Fachliche Bestandsaufnahme
Tragfähigkeit und Befestigung	Nicht nachgewiesen	Zuständige qualifizierte Fachplanung
Verschattung	Modellannahme	Standortbezogene Fachplanung
PV-Ertrag	Erst nach Simulation dokumentiert	Fachliche Plausibilitätsprüfung
Lastprofil	Didaktische Werte, nicht gemessen	Berechtigte betriebliche Datenauswertung
Wechselrichter und elektrische Auslegung	Nicht geprüft	Qualifizierte Elektrofachplanung
Netzanschluss und Schutztechnik	Nicht geprüft	Zuständige Elektrofachkräfte und Netzbetreiber
Medien- und Quellenrechte	Anhand der Fundstellen überprüfbar	Bearbeitende Person

Für eine spätere reale Anlage müssen die jeweils geltenden Anforderungen an Anmeldung, Netzanschluss und Registrierung geklärt werden. Informationen bietet die Bundesnetzagentur.

Entscheidungsmatrix D4

Kriterium	Variante A	Variante B
Leistung	4,40 kWp	6,16 kWp
Szenario-Jahresertrag	3.960 kWh	ca. 4.990 kWh
Reine Modulfläche	ca. 20 m²	ca. 28 m²
Tagesmodell: Eigenverbrauch	20 kWh	24 kWh
Verschattungsunsicherheit	Geringer angenommen	Höher angenommen
Jahres-Eigenverbrauch	Noch nicht belastbar ermittelt	Noch nicht belastbar ermittelt
Investitionskosten	Angebot erforderlich	Angebot erforderlich
Technische Realisierbarkeit	Offen	Offen

Basis: Vergleiche mindestens drei Kennzahlen. Feedback: Eine größere Leistung bedeutet mehr Potenzial, aber noch keinen gesicherten wirtschaftlichen Vorteil.

Anwendung: Ergänze Deine Matrix um Simulationswerte, Kostenannahmen und offene Prüfpunkte. Feedback: Eine fachliche Empfehlung trennt gesicherte Ergebnisse von Annahmen.

Transfer: Entscheide Dich begründet für A, B oder eine überarbeitete dritte Variante. Feedback: Eine gute Entscheidung berücksichtigt Ertrag, Strombedarf, Verschattung, Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und Unsicherheit gemeinsam.

Hilfe 1: Formuliere das Ziel der Werkstatt: geringer Netzstrombezug, gute Wirtschaftlichkeit und geeignete Dachnutzung.

Hilfe 2: Prüfe, welche Variante bei veränderten Ertragsannahmen ihren Vorteil behält.

Hilfe 3: Schreibe Deine Empfehlung mit den Abschnitten Ausgangslage, Ergebnisse, Unsicherheiten und nächster fachlicher Prüfschritt.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Stromart erzeugen Photovoltaikmodule zunächst? (Gleichstrom) (!Wechselstrom) (!Drehstrom aus dem Stromnetz) (!Mechanische Energie)

Welche Einheit beschreibt die Nennleistung einer PV-Anlage? (kWp) (!kWh) (!Liter) (!Kilowattstunden pro Tag)

Wie groß ist die Nennleistung von zehn Modulen mit jeweils 440 Wp? (4,40 kWp) (!44 kWp) (!440 kWp) (!0,44 kWp)

Wie groß ist die gesamte Modell-Dachfläche bei 10 m Länge und 7 m Breite? (70 Quadratmeter) (!17 Quadratmeter) (!40 Quadratmeter) (!700 Quadratmeter)

Wie hoch ist der angenommene Jahresstrombedarf der Werkstatt? (8000 kWh) (!800 kWh) (!80000 kWh) (!80 kWh)

Welchen Azimutwert verwendet PVGIS 5 für die Ausrichtung nach Süden? (0 Grad) (!90 Grad) (!180 Grad) (!270 Grad)

Wie groß ist der berechnete Szenario-Jahresertrag von Variante B ungefähr? (4990 kWh) (!900 kWh) (!616 kWh) (!8000 kWh)

Welche Größe ist für den direkten Eigenverbrauch besonders wichtig? (Zeitliche Übereinstimmung von Erzeugung und Bedarf) (!Allein die maximale Dachfläche) (!Allein die Jahressumme des Strombedarfs) (!Die Farbe des Modulrahmens)

Wer darf reale Elektroarbeiten an der PV-Anlage ausführen? (Entsprechend qualifizierte und beauftragte Personen) (!Alle Lernenden nach dem Quiz) (!Jede Person mit einer Dachskizze) (!Alle Personen nach einer Computersimulation)

Welche Aussage zur Lernkontrolle ist richtig? (Quizresultate geben keine Freigabe für reale Elektroarbeiten) (!Ein bestandenes Quiz ersetzt die Fachqualifikation) (!Eine PVGIS-Simulation erlaubt die Inbetriebnahme) (!Ein Memory-Spiel ersetzt die Sicherheitsprüfung)

Memory

Ordne die Fachbegriffe den richtigen Bedeutungen zu.

kWp	Nennleistung unter festgelegten Prüfbedingungen
kWh	Elektrische Energiemenge
Lastprofil	Zeitlicher Verlauf des Strombedarfs
Verschattung	Teilweise Abschirmung des Sonnenlichts
Wechselrichter	Wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um
PVGIS	EU-Werkzeug zur Abschätzung von Solarerträgen
Autarkiegrad	Anteil des Bedarfs aus eigener Stromversorgung

Drag and Drop

Ordne die Projektdokumente ihren Funktionen zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Projektbestandteil
Dachskizze	Geometrie und Ausschlussflächen
Lastprofil	Zeitlicher Strombedarf
Ertragssimulation	Modellierte Energieproduktion
Prüfprotokoll	Nachweise und offene Sicherheitsfragen
Entscheidungsmatrix	Begründete Gegenüberstellung der Varianten

Kreuzworträtsel

Dachfläche	Welche Gebäudefläche wird vor der Modulbelegung untersucht?
Lastprofil	Wie heißt die zeitliche Verteilung des Stromverbrauchs?
Verschattung	Wie nennt man die teilweise Abschirmung eines Solarmoduls von Licht?
Eigenverbrauch	Wie heißt die Nutzung des erzeugten Solarstroms im eigenen Betrieb?
Wechselrichter	Welches Gerät wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um?
Solarmodul	Wie heißt die technische Einheit aus miteinander verbundenen Solarzellen?

LearningApps

Lückentext

Die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie heißt

.

Die Nennleistung einer Photovoltaikanlage wird häufig in

angegeben.

Eine elektrische Energiemenge wird in

angegeben.

Ein PV-Modul erzeugt zunächst

.

Der

ermöglicht die Umwandlung in Wechselstrom.

Die zeitliche Verteilung des Strombedarfs heißt

.

Eine teilweise Abschirmung von Sonnenlicht nennt man

.

Der selbst genutzte Anteil der PV-Erzeugung heißt

.

Der Anteil des Bedarfs aus der eigenen PV-Versorgung wird durch den

beschrieben.

Das kostenlose Werkzeug der Europäischen Kommission zur Abschätzung von Solarerträgen heißt

.

Eine fundierte Entscheidung benötigt dokumentierte

.

Reale Elektroarbeiten erfordern die passende

.

Offene Aufgaben

Bearbeite zwölf Aufgaben in steigender Schwierigkeit. Übernimm die Ergebnisse in Dein Projektdossier.

Leicht

Dachskizze: Zeichne das fiktive Werkstattdach und markiere den Schornstein sowie die vorläufig nutzbare Fläche.
Photovoltaik: Gestalte eine beschriftete Grafik zum Weg des Solarstroms vom Modul zur Werkstattmaschine.
Energieverbrauch: Erstelle ein Balkendiagramm der vier Verbrauchergruppen aus dem Ausbildungsfall.
Quellenkritik: Vergleiche zwei Fachquellen und notiere Herausgeber, Datum, Zweck und Aussagegrenzen.

Standard

Solarmodul: Entwirf zwei maßstäbliche Dachbelegungen und kennzeichne noch ungeprüfte Abstände.
PVGIS: Simuliere beide Anlagenvarianten und dokumentiere Eingaben, Ergebnisse und Annahmen.
Lastprofil: Erstelle ein digitales Tageslastprofil und beschreibe drei mögliche Verbrauchsschwerpunkte.
Eigenverbrauch: Vergleiche die vereinfachten Tagesenergieflüsse und erläutere den Unterschied zwischen Eigenverbrauch und Autarkie.

Schwer

Sensitivitätsanalyse: Berechne ein optimistisches und ein pessimistisches Ertragsszenario und prüfe, ob Deine Empfehlung bestehen bleibt.
Energieeffizienz: Entwickle ein Konzept, um Druckluftverluste und unnötigen Bereitschaftsverbrauch zu verringern, und bewerte den Einfluss auf die PV-Planung.
Experteninterview: Befrage eine entsprechend qualifizierte Fachperson zu Statik, elektrischer Planung oder Netzanschluss. Dokumentiere Fragen und Antworten ohne selbst reale Elektroarbeiten durchzuführen.
Projektpräsentation: Produziere einen kurzen Vergleichsfilm, eine Präsentation oder einen bebilderten Bericht mit Deiner eigenen Empfehlung und einer transparenten Darstellung aller Unsicherheiten.

Lernkontrolle

Diese Aufgaben prüfen Zusammenhänge und Transferleistungen. Eine erfolgreiche Bearbeitung ist keine Arbeits- oder Anlagenfreigabe.

Systemanalyse: Ein größeres PV-System erzeugt im Jahr mehr Strom, aber die Werkstatt nutzt den zusätzlichen Strom überwiegend nicht selbst. Erkläre, weshalb die Entscheidung trotzdem von mehreren Kriterien abhängt.
Verschattungsanalyse: Ein neuer Schornstein verändert das Schattenbild. Entwickle zwei mögliche Planungsreaktionen und erläutere deren jeweilige Grenzen.
Lastmanagement: Die Werkstatt verlegt einen geeigneten Arbeitsprozess in eine sonnige Tageszeit. Erkläre, wie sich das auf den Eigenverbrauch auswirken kann und welche betrieblichen Voraussetzungen notwendig wären.
Modellkritik: Ein Team übernimmt die Erträge des sonnigen Beispieltages für jeden Tag des Jahres. Begründe den Fehler und entwickle eine bessere Berechnungsmethode.
Sicherheitsbewertung: Ein Auszubildender möchte nach einer erfolgreichen Simulation selbst einen realen Wechselrichter anschließen. Formuliere eine fachlich begründete Antwort mit sicheren Lernalternativen.
Entscheidungskompetenz: Begründe, welche Daten vor einer endgültigen Investitionsentscheidung fehlen und welche Fachpersonen eingebunden werden müssen.

Lernnachweis

Dein Lernnachweis ist das vollständige Projektdossier D1 bis D6 mit einer eigenen begründeten Entscheidung.

Erforderliche Bestandteile:

Dachanalyse: Maßstäbliche Skizzen, angenommene Nutzfläche, Hindernisse und offene bautechnische Fragen.
Bedarfsanalyse: Korrekte Jahresbilanz und anschauliches Lastprofil.
Ertragssimulation: Nachvollziehbare Berechnung und dokumentierte PVGIS-Ergebnisse für beide Varianten.
Prüfdaten: Kennzeichnung von Modellwerten, echten Quellen, nicht vorhandenen Messungen und noch offenen Prüfungen.
Variantenvergleich: Betrachtung von Ertrag, Eigenverbrauch, möglichem Netzbezug, Verschattung und Kosten.
Sicherheit: Fachlich richtige Abgrenzung der Lernaufgaben von realen Elektro- und Dacharbeiten.
Medienrechte: Dokumentierte Bild- und Videonachweise mit Herkunft und erforderlichen Nutzungsangaben.
Entscheidung: Eigene Empfehlung mit Argumenten, Unsicherheiten und notwendigen nächsten Fachprüfungen.

Bewertungsraster:

Kriterium	Maximalpunkte
Daten und Berechnungen nachvollziehbar	2
Skizzen und Simulationen verständlich	2
Vergleich und Schlussfolgerung begründet	2
Quellen und Medienrechte dokumentiert	2
Sicherheitsgrenzen erkannt	2
Gesamt	10

Die Lehrkraft bewertet die fachliche Qualität der Abgabe und gibt begründetes Feedback. Fehlerhafte, fehlende oder unsichere Annahmen müssen überarbeitet werden. Weder die erreichte Punktzahl noch Quiz-, Memory- oder Simulationsergebnisse berechtigen zur Installation, Prüfung oder Inbetriebnahme einer realen Anlage.

OERs zum Thema

Wikipedia – Photovoltaikanlage

Fachlich geprüfte Informationsquellen

Europäische Kommission – PVGIS: Wissenschaftliche Informationen und Dokumentation zur Abschätzung von Solarerträgen.
PVGIS-Rechner: Standortbezogene digitale Ertragssimulation.
HTW Berlin – Fachliche Erläuterungen: Definitionen von Eigenverbrauchsanteil, Autarkiegrad und Grenzen von vereinfachten Modellen. Der dortige Haushaltsrechner ersetzt kein Werkstattlastprofil.
BIPV-Initiative Baden-Württemberg: Ausrichtung und technische Auswirkungen von Verschattung.
DGUV Information 203-080: Gefährdungsbeurteilung bei Montage und Instandhaltung von PV-Anlagen.
Bundesnetzagentur: Informationen zu Anmeldung, Netzanschluss und Registrierung.
Solarenergie-Förderverein Deutschland: Erläuterungen zur Funktionsweise der Photovoltaik.

Mediennachweise und Nutzungsrechte

Die folgenden Medien wurden über ihre Wikimedia-Commons-Dateiseiten identifiziert. Die Lizenzangaben beziehen sich auf die dort veröffentlichten Dateien.

Photovoltaik-Anlage auf Hausdach.jpg: High Contrast, CC BY 3.0 DE.
Pv cells.svg: EnergTech und Radiotrefoil, CC0 1.0.
Energiefluss PVA.svg: Pedalito, CC0 1.0.
SonnStand49Nord.svg: S. Wetzel, CC BY-SA 4.0.
Maeder-Photovoltaic system-Shadows-03ASD.jpg: Asurnipal, CC BY-SA 4.0.
Solarmodul Symbol.svg: Pedalito, CC0 1.0.
Installation of photovoltaic modules on roof.jpg: Stefan Thiesen, CC BY-SA 3.0.

YouTube-Medien: Die eingebundenen Beiträge stammen vom Umweltministerium Baden-Württemberg, dem Kanal „schlau energiesparen“ und dem Kanal „Der Fachwerker“. Die Videos sind als externe YouTube-Einbettungen verwendet. Eine freie Lizenz für Download, Bearbeitung oder erneute Veröffentlichung wird damit nicht behauptet.

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