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Prüfung: Erneuerbare Energien und Energieeffizienz (Prof. Adam) 11.03.2008
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Aufgabe 1 (12 Punkte)
a) Nennen Sie 4 globale Problemfelder, die zu Energieeinsparung und dem Einsatz
erneuerbarer Energien motivieren! (4 P)
b) Charakterisieren Sie qualitativ die Entwicklung von Energieverbrauch und
Bruttoinlandprodukt in der BRD seit dem 2. Weltkrieg! (4 P)
c) Wieviel Kilojoule sind 0,1 Wattstunden? (4 P)
Aufgabe 2 (12 Punkte)
a) Erläutern Sie die Funktionsweise einer „witterungsgeführten“ Regelung einer
Heizungsanlage, z.B. mit Hilfe einer x/y-Grafik! (4 P)
b) Erläutern Sie die Funktionsweise eines Heizkörper-Thermostatventils, z.B. mit Hilfe einer
x/y-Grafik! (4 P)
c) Erläutern Sie das Zusammenspiel zwischen witterungsgeführter Regelung und
Thermostatventilen! (4 P)
Aufgabe 3 (12 Punkte)
a) Welche beiden Arten von Solarkollektorkollektoren werden standardmäßig in
thermischen Solaranlagen zur Brauchwassererwärmung und Raumheizung eingesetzt?
(2 P)
b) Nennen Sie für jede Kollektorart 2 Vorteile! (4 P)
c) Skizzieren Sie in einem x/y-Diagramm eine typische Kollektorkennlinie für jede der
beiden Bauarten (Achsbeschriftung nicht vergessen)! (3 P)
d) Welche anderen Arten thermischer Solarkollektoren kennen Sie? (3 P)
Aufgabe 4 (12 Punkte)
a) Nennen Sie 4 verschiedene Turbinenarten zur Wasserkraftnutzung und charakterisieren
Sie qualitativ das Einsatzgebiet jeder Art bezüglich Fallhöhe und Durchfluss?
Aufgabe 5 (Rechenaufgabe) siehe Rückseite

Aufgabe 5 (48 Punkte)
Im Rahmen der Energieberatung für einen Altbau sollen zwei Maßnahmen zur Energieeinsparung
analysiert werden.
- Einbau neuer Fenster (alter Gaskessel bleibt): je 5 m² an jeder der vier Fassadenflächen
bzw. in jeder der vier Himmelsrichtungen, U-Wert inklusive Wärmebrücken = 1,4 W/m²K,
g-Wert = 60 %, gleiche Luftdichtigkeit wie die alten Fenster, Investitionskosten = 10.000 €,
Nutzungsdauer = 40 Jahre
- Einbau einer Elektro-Wärmepumpe (alte Fenster bleiben): Jahresarbeitszahl = 4,0,
Investitionskosten = 20.000 €, Nutzungsdauer = 20 a
Das Gebäude ist 150 m² groß und besitzt einen Jahres-Heizwärmebedarf von 180 kWh/m²a.
Der Jahres-Nutzungsgrad des alten eingebauten Erdgaskessels beträgt 0,8. Hinzu kommen
Verluste in der Heizungsanlage mit einer Jahres-Aufwandszahl von 1,2. Die alten Fenster
besitzen einen U-Wert von 2,8 W/m²K und einen g-Wert von 80 %. Es sollen die
energetischen Rechenansätze der EnEV und ein Kreditzinssatz von 4 % zugrunde gelegt
werden. Eine Kilowattstunde Strom zum Antrieb der Wärmepumpe kostet 10 ct mehr als eine
Kilowattstunde Erdgas.
Endenergieträger Spezifischer Emissionen
in Deutschland Primärenergieaufwand
in CO2
CO2 - NOx SO2
Äquivalente
kWhPrim /
kWhEnd g/kWhEnd mg/kWhEnd
Erdgas (Heizwert: 33,8 MJ/m3, Dichte: 0,73 kg/m3)
Bereitstellung
15 28 79 2
1,13
Verbrennung 202 202 83 3
Strom aus
BRD-Mix 2,84 601 633 637 354
a) Wie groß ist die Endenergieeinsparung durch den Einbau neuer Fenster? (10 P)
(2215 kWh/a)
b) Berechnen Sie die Energieeinsparkosten für den Einbau neuer Fenster! (6 P)
(22,8 ct/kWh)
c) Wie groß ist die Endenergieeinsparung durch den Einbau der Wärmepumpe? (8 P)
(32400 kWh/a)
d) Wie groß sind Primärenergieeinsparung und die Reduktion der CO 2 -Emissionen durch
den Einbau der Wärmepumpe? (8 P) (22761 kWh/a, 3920 kg/a)
e) Berechnen Sie die Energieeinsparkosten für den Einbau der Wärmepumpe! (8 P)
(7,04 ct/kWh)
f) Haben Sie die Energieeinsparkosten für den Einbau der Wärmepumpe richtig berechnet?
Machen Sie die Probe durch geeignete Berechnung der dynamischen Amortisationszeit!
(8 P) (tdyn = 20 a)

Prüfung: Erneuerbare Energien und Energieeffizienz (Prof. Oesterwind) 12.03.09
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Aufgabe 1 (6 Punkte)
Definieren Sie die Begriffe Wirkungsgrad, Nutzungsgrad und Aufwandszahl.
Aufgabe 2 (6 Punkte)
Definieren Sie den Begriff „Globalstrahlung“, skizzieren Sie den Jahresgang für die monatsmittlere
Globalstrahlung für Deutschland qualitativ und geben Sie einen charakteristischen Spitzenwert für die
flächenbezogene Globalstrahlungsleistung in Deutschland an.
Aufgabe 3 (34 Punkte)
Eine thermische Solaranlage zur Brauchwassererwärmung mit Nacherwärmung durch einen elektrischen
Durchlauferhitzer im Warmwasserzulauf zwischen dem Warmwasserspeicher und den Zapfstellen besitzt
folgende Kenndaten:
- Standort: Essen, Ausrichtung: Südost, Dachneigung 30°
- Absorberfläche: 5 m², Jahresnutzungsgrad der Kollektoren = 35 %
- Preis der Solaranlage: 4000€, Montagekosten: 1000 €, Zuschuss aus Förderprogramm: 1500 €
- Wartungskosten der Solaranlage: 50 €/a
- 20 Jahre Nutzungsdauer der Solaranlage, 3,5 % Zins
- Warmwasserverbrauch: 180l/d, (Kalt-/Warmwassertemperatur: 15/45°C)
- Tägliche Wärmeverluste am Warmwasserspeicher: 0,9 kWh/d
- Wärmeverluste in den Rohren sind zu vernachlässigen
a) Skizzieren Sie ein qualitatives Energieflussbild für die Wärmeströme am Warmwasserspeicher der
Solaranlage. (6 Punkte)
b) Berechnen Sie die jährliche Globalstrahlung auf den Solarkollektor. (4 Punkte) (1061,5 kWh/m²a)
c) Wie groß ist der solare Deckungsgrad der Anlage? (8 Punkte) (71 %)
d) Berechnen Sie den solaren Wärmepreis der von den Solarkollektoren abgegeben Wärme. (6 Punkte)
(16 ct/kWh)
e) Wie groß ist die dynamische Amortisationszeit der Solaranlage mit Nacherwärmung durch einen
Elektro-Durchlauferhitzer im Vergleich zu einem konventionellen System ohne Solaranlage nur mit
elektrischem Durchlauferhitzer. Die Investitionskosten des Durchlauferhitzers betragen 500 €, der
Strompreis 20 ct/kWh el und der Erhitzer besitzt einen Wirkungsgrad von 95 %. Die Wärmeverluste in
den Rohren und die Wartungskosten sind beim reinen Durchlauferhitzer System zu vernachlässigen.
Für die Solaranlage gelten die Werte aus den Unterpunkten b) bis d). (10 Punkte) (17,4 a)

Prüfung: Erneuerbare Energien und Energieeffizienz (Prof. Oesterwind) 12.03.09
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Aufgabe 4 (18 Punkte)
a) Skizzieren Sie die Verschaltung bzw. Anordnung der wichtigsten technischen Komponenten einer
netzgekoppelten Photovoltaikanlage (Standard BRD), inklusive Beschriftung der Skizze. (6
Punkte)
b) Was versteht man unter der Peakleistung einer Photovoltaik-Anlage? (4 Punkte)
c) Wo liegt der typische Nutzungsgrad einer Photovoltaik-Anlage (Standard BRD)? Nennen Sie 3
Maßnahmen wie dieser gesteigert werden kann. (8 Punkte)
Aufgabe 5 (12 Punkte)
Skizzieren Sie ein Gebäude mit den für die Energiebilanz benötigten Energieströmen und erläutern Sie
die einzelnen Energieströme kurz..
Aufgabe 6 (20 Punkte)
Außenwände, an denen Schränke stehen, sind häufig Schimmel gefährdet. Im Falle einer vorhandenen
Schrankwand wird die Wärmeübertragung reduziert und der innere Wärmeübergangskoeffizient
halbiert sich.
Die Außenwand hat folgenden Aufbau (von außen nach innen):
1 – Kalkzementputz, Dicke 2 cm
2 – Wärmedämmstoff WLG 035
3 – Wand aus Vollziegeln, Dichte 1800 kg/m³, Dicke 30 cm
4 – Gipskartonplatte, Dicke 2 cm
1 2 3 4
a) Berechnen Sie den U-Wert der Außenwand bei einer 10 cm dicken Wärmedämmstoffschicht ohne
Schrankwand (6 Punkte) (0,28 W/m²K)
b) Wie groß sind die inneren Wandoberflächentemperaturen für einen konstanten U-Wert von 0,2
W/m²K mit und ohne Schrankwand, wenn die Raumtemperatur 22°C und die Außentemperatur -
10 °C beträgt? (6 Punkte) (ohne: 21,17°C; mit 20,34°C)
c) Wie groß ist der Unterschied der Wärmedämmstoffdicke mit und ohne Schrankwand, um einen U-
Wert von 0,2 W/m²K zu gewährleisten? (8 Punkte) (0,455 cm)

Prüfung: Erneuerbare Energien und Energieeffizienz (Prof. Oesterwind) 12.03.09
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Hilfsmittel:

Prüfung: Erneuerbare Energien und energieeffiziente Technologien (Prof. Adam) 04.03.2010
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Aufgabe 1 (8 Punkte)
a) Skizzieren Sie das Anlagenschema einer thermischen Solaranlage zur Brauchwassererwärmung
und Raumheizung mit einem Kombispeicher! (5 P)
b) Wie wird eine solche Anlage geregelt? (3 P)
Aufgabe 2 (18 Punkte, je 2 Punkte pro Frage)
Geben Sie qualitativ mit wenigen Worten an, wie sich folgende Aspekte auf die Eigenschaften
beziehungsweise die Stromproduktion einer Photovoltaik-Anlage auswirken:
a) Reihenschaltung von Modulen
b) Parallelschaltung von Modulen
c) Verschattung eines Moduls in einem Strang mit mehreren Modulen
d) niedrige Außenlufttemperatur
e) Peakleistung der Module liegt in Summe einige Prozentpunkte über der Nennleistung
des Wechselrichters
f) Einsatz monokristalliner statt polykristalliner Siliziumzellen bei gleicher Peakleistung
g) Einsatz von Modulen unterschiedlicher Hersteller mit verschiedener MPP-
Charakteristik an einem Wechselrichter
h) Einbau der Module in die Dacheindeckung ohne Hinterlüftung
i) Zerstörung einer Bypassdiode an einem Modul innerhalb eines Stranges
Aufgabe 3 (26 Punkte)
a) Skizzieren Sie das Fließbild einer Kompressions-Wärmepumpe mit ihren vier
Hauptkomponenten! (4 P)
b) Wie unterscheidet sich das Fließbild einer Absorptions-Wärmepumpe davon? (2 P)
c) Skizzieren Sie den Prozess der Kompressions-Wärmepumpe und der Absorptions-
Wärmepumpe in einem jeweils dafür geeigneten Zustandsdiagramm und stellen Sie
den Zusammenhang zwischen den Komponenten in den beiden Fließbildern und den
Prozessschritten in den Zustandsdiagrammen dar (Was passiert wo?)! (8 P)
d) Skizzieren Sie für beide Wärmepumpenarten ein Energieflussbild für das Gerät und
tragen Sie darin Zahlen für die Größenordnung der Energieströme für den Fall ein,
dass die Geräte jeweils 10 kW Nutzleistung abgeben und die Wärmeverluste an den
Geräten jeweils 1 kW betragen. (6 P)
e) Berechnen Sie anhand der von Ihnen eingetragenen Zahlen bei Unterpunkt d) den
COP für beide Wärmepumpenarten! (3 Punkte)
f) Wie groß wären die Kälteziffern für beide Gerätearten (ausgehend von den von Ihnen
angegebenen Zahlen in Unterpunkt d)), wenn die Geräte nicht als Wärmepumpe
sondern als Kältemaschine arbeiten würden? (3 Punkte)
weiter siehe Rückseite

Prüfung: Erneuerbare Energien und energieeffiziente Technologien (Prof. Adam) 04.03.2010
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Aufgabe 4 (8 Punkte)
a) Was versteht man unter dem Wirkungsgrad eines Heizgerätes? (2 P)
b) Was versteht man unter dem Norm-Nutzungsgrad eines Heizgerätes? (6 P)
Aufgabe 5 (36 Punkte)
Der Besitzer eines Einfamilienhauses möchte seinen alten Gas-Niedertemperaturkessel
durch ein ökologisch besseres Heizgerät ersetzen. Zur Wahl stehen drei Varianten: ein
Holzpellet-Brennwertkessel (voraussichtlicher Jahres-Nutzungsrad = 98 %) und eine Elektro-
Wärmepumpe (voraussichtlicher Jahres-COP = 3,5), entweder mit Strom aus einem
speziellen preiswerteren Wärmepumpen-Tarif oder unter Nutzung von Ökostrom. Der
Gasverbrauch für Heizung und Warmwasser betrug in dem Gebäude im Mittel der letzten
drei Jahre 2.800 m³/a bei einem vom Energieversorger angegebenen Brennwert von 9,6
kWh/m³ (Verhältnis Brennwert/Heizwert = 1,11). Der Nutzungsgrad des alten,
überdimensionierten Gas-Niedertemperaturkessels kann zu 85 % abgeschätzt werden.
Weitere Angaben:
- Komponentenpreise: Elektro-Wärmepumpe inkl. Warmwasserspeicher 9.000 €,
Holzpellet-Brennwertkessel inkl. Warmwasserspeicher 13.000 €, Erdsonde 8.000 €,
Schornsteinsanierung 500 €, Pelletlager 1.500 €
- Montage der Neuanlagen: jeweils 4.000 €
- Mehrkosten für Wartung und Schornsteinfeger beim Holzpelletkessel =150 €/a
- Energiepreise: Holzpellets = 250 €/t, spezieller Wärmepumpen-Stromtarif = 15 ct/kWh,
Ökostrom = 20 ct/kWh
- Primärenergiefaktoren: Holzpellets = 0,2, Wärmepumpenstrom = 2,6, Ökostrom = 0,3
- Weitere benötigte Angaben wie der Heizwert von Pellets sind plausibel zu ergänzen.
Fragen:
a) Wie groß ist der jährliche Wärmebedarf des Gebäudes für Heizung + Warmwasser? (6 P)
(20584 kWh/a)
b) Wieviel Strom benötigt die Elektro-Wärmepumpe, um diesen Wärmebedarf zu decken?
(3 P) (5881 kWh/a)
c) Wieviel Kilogramm an Holzpellets sind zur Bedarfsdeckung notwendig? (6 P) (4201 kg/a)
d) Wie groß ist der Primärenergiebedarf der drei Varianten? (4 P)
(Pellet: 4201 kWh/a; WP: 15291 kWh/a; WP mit Ökostrom: 1764 kWh/a)
e) Vergleichen Sie die zwei Varianten Pelletkessel und Wärmepumpe mit Wärmepumpentarif
mit Hilfe der statischen Amortisationszeit! Welche Variante ist wirtschaftlicher? (10 P)
(WP, 6,3 a)
f) Welche Maßnahme ist unter Berücksichtigung eines Kapitalzinssatzes von 2,5 % und
einer Nutzungsdauer der beiden Geräte von 20 Jahren am wirtschaftlichsten? (4 P)
(WP, 6,9 a)
g) Wie verändert sich die Wirtschaftlichkeit, wenn statt des Wärmepumpentarifs das
Ökostromangebot genutzt wird? (3 P) (statisch: 83 a; dynamisch: unendlich)

Prüfung: Erneuerbare Energien und energieeffiziente Technologien (Prof. Adam) 11.03.2011
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Aufgabe 1 (18 Punkte)
a) Welche Arten von Energieverlusten treten an einem Erdgas-Heizgerät auf? Geben Sie
jeweils eine kurze Erläuterung an! 6 P
b) Wie groß ist der maximale Wirkungsgrad eines Erdgas-Heizgerätes? Begründen Sie kurz
Ihre Aussage! 3 P
c) Wie verändert sich der Nutzungsgrad eines Brennwertkessels und eines Standardkessels
in Abhängigkeit der Auslastung bei steigenden Außentemperaturen. Fertigen Sie
dazu eine Skizze mit quantitativen Achsbeschriftungen an! 5 P
d) Begründen Sie die Unterschiede zwischen den beiden Kesseltypen z.B. anhand der
Veränderungen bei den Verlusttermen! 4 P
Aufgabe 2 (12 Punkte)
a) In thermischen Solaranlagen ist in aller Regel ein Wasserbehälter integriert. Geben Sie
kurz seine Funktion an! 2 P
b) Was versteht man unter einem Schichtenspeicher? 2 P
c) Geben Sie für Ladung und Entladung eines Speichers jeweils 2 Maßnahmen an, um
einen Schichtenspeicher im Zusammenhang mit einer Solaranlage realisieren zu können!
4 P
d) Welche beiden energetischen Vorteile besitzen in einer thermischen Solaranlage
Schichtenspeicher gegenüber konventionellen durchmischten Speichern? 4 P
Aufgabe 3 (12 Punkte)
a) Was versteht man unter Kraft-Wärme-Kopplung? 2 P
b) Skizzieren Sie ein prinzipielles Energieflussbild für ein KWK-Aggregat? 4 P
c) Geben Sie 4 thermodynamisch unterschiedliche technische Möglichkeiten an, Kraft-
Wärme-Kopplung zu realisieren? 4 P
d) Jede KWK-Technologie besitzt einen charakteristischen Leistungsbereich. Sortieren Sie
die von Ihnen genannten 4 Möglichkeiten in diesem Sinne in aufsteigender Reihenfolge!
2 P
Aufgabe 4 (6 Punkte)
a) Was versteht man unter Bioerdgas? 2 P
b) Geben Sie jeweils zwei Vor- und Nachteile von Bioerdgasanlagen gegenüber lokalen
Biogasanlagen auf Bauernhöfen an! 4 P
Rechenaufgaben siehe Rückseite

Prüfung: Erneuerbare Energien und energieeffiziente Technologien (Prof. Adam) 11.03.2011
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Aufgabe 5 (10 Punkte)
Führen Sie folgende Berechnungen durch:
a) Wie groß ist die notwendige (Nutz-)Energie zum Aufheizen von 100 l Wasser von 20°C
auf 60°C in MJ und in kWh? 4 P (16,8 MJ, 4,67 kWh)
b) Wie groß ist die notwendige Endenergie und Primärenergie dafür, wenn die
Wasseraufheizung mit einem elektrischen Heizstab mit 99 % Wirkungsgrad erfolgt und
ein Primärenergiefaktor für Strom von 2,6 angesetzt werden kann? 4P
(16970 kJ, 44122 kJ)
c) Wie groß ist die Globalstrahlungssumme von 8 Uhr morgens bis 17 Uhr abends, wenn
die Strahlungsintensität von 8 bis 12 Uhr von 0 auf 1000 W/m² linear ansteigt, 1 Stunde
konstant bleibt und anschließend wieder linear auf Null abfällt? 2 P (5 kWh/m²)
Aufgabe 6 (38 Punkte)
Eine thermische Solaranlage zur Bereitstellung von Prozesswärme auf einem Temperaturniveau
von 70°C in einem Lebensmittelbetrieb kommt nach Rechnersimulationen auf einen
Solarertrag von 400 kWh pro Quadratmeter Kollektorfläche und Jahr. Die Investitionskosten
für die vergleichsweise einfache Anlage ohne Speicher und aufwändige Hydraulik betragen
450 € pro Quadratmeter Kollektorfläche. Ein aktuelles Förderprogramm gewährt einen
Investitionskostenzuschuss von 30 %. In dem Lebensmittelbetrieb ist im Moment als
Wärmeerzeuger ein mit Erdgas befeuerter Dampfkessel mit einem Nutzungsgrad von 80 %
installiert.
Weitere Angaben:
- erwartete Lebensdauer der Solaranlage = 20 a
- anzusetzende Wartungskosten für die Solaranlage = 1 % / Jahr der Investitionskosten
ohne Zuschuss
- aktueller Zinssatz in einem KfW-Kreditprogramm für Energiesparinvestitionen = 3,5 %
- aktuelle Erdgas-Bezugskosten des Unternehmens = 5 ct pro kWh Heizwert
a) Wie hoch ist die Energieeinsparung durch die Solaranlage? 2 P (500 kWh/m²a)
b) Wie hoch sind der Solare Wärmepreis und die Energieeinsparkosten? 14 P
(6,6 ct/kWh, 5,3 ct/kWh)
c) Wie groß ist die dynamische Amortisationszeit? 8 P (22,4 a)
d) Wie groß müsste der Erdgas-Bezugspreis des Unternehmens sein, damit sich die
Investition in die Solaranlage genau nach 20 Jahren amortisiert hat? 4 P (5,3 ct/kWh)
e) Wie groß müsste der Erdgas-Bezugspreis des Unternehmens sein, damit sich die
Investition in die Solaranlage bereits in 10 Jahren amortisiert? 10 P (8,48 ct/kWh)

Prüfung: Erneuerbare Energien und energieeffiziente Technologien (Prof. Adam) 08.03.2012
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Aufgabe 1 (10 Punkte)
a) Sie möchten eine 5 kWp große Photovoltaik-Anlage installieren. Welche Modulfläche
wird dafür benötigt, wenn ein Modul 1,5 m² groß ist, unter STC-Bedingungen 200 W
Leistung abgibt und der Wechselrichter einen Nennwirkungsgrad von 95 % besitzt? 4 P
b) Geben Sie einen groben Wert für die jährliche Stromproduktion einer PV-Anlage pro
Kilowattpeak installierter Leistung an! 2 P
c) Geben Sie 4 Maßnahmen an, auf die Sie bei Planung und Betrieb einer Photovoltaikanlage
achten sollten, um einen möglichst hohen Stromertrag pro Kilowattpeak
installierter Leistung zu realisieren! 4 P
Aufgabe 2 (10 Punkte)
a) Erläutern Sie das technische Funktionsprinzip des „Selbstkühlenden Bierfasses“ 6 P
b) Was können Sie pragmatisch tun, um das Bier im Fass schneller und tiefer abzukühlen?
Begründen Sie Ihre Antwort durch die Erläuterung des physikalischen Hintergrundes! 4 P
Aufgabe 3 (10 Punkte)
a) Skizzieren Sie die Kennlinie einer Umwälzpumpe im Druckdifferenz/Volumenstrom-
Diagramm! Erläutern Sie anhand des Diagramms die Funktionsweise einer
automatischen Drehzahlregelung der Pumpe zur Stromeinsparung! 4 P
b) Wie sollte eine Umwälzpumpe ausgelegt sein, damit sie im Betrieb stromsparend
funktioniert bzw. hohe Wirkungsgrade erzielt? Begründen Sie Ihre Antwort in einem
neuen Druckdifferenz/Volumenstrom-Diagramm! 4 P
c) Neben Drehzahlregelung und geeigneter Auslegung der Umwälzpumpe existieren
weitere Möglichkeiten, bei Umwälzpumpen Strom einzusparen. Nennen Sie 2 dieser
Möglichkeiten! 2 P
Aufgabe 4 (18 Punkte)
a) Was versteht man unter Globalstrahlung? Wie groß ist in etwa die jährliche Globalstrahlung
in Nordrhein-Westfalen auf eine horizontale Fläche? 2 P
b) Wie ist die Arbeitszahl einer Wärmepumpe definiert? Was ist der Unterschied zur
Leistungsziffer? 4 P
c) Weshalb werden Blockheizkraftwerke meistens „wärmegeführt“ betrieben? 4 P
d) Nennen Sie 4 verschiedene Endenergieträger, die aus Biomasse gewonnen werden, und
geben Sie kurz an, wie und aus welcher Ausgangs-Biomasse sie in der Regel hergestellt
werden! 8 P
Rechenaufgabe auf der Rückseite

Prüfung: Erneuerbare Energien und energieeffiziente Technologien (Prof. Adam) 08.03.2012
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Aufgabe 5 (48 Punkte)
Bei einem Neubau überlegt der Einfamilienhausbesitzer, eine Solaranlage zur Brauchwassererwärmung
zu installieren. Gemäß dem Angebot eines Handwerkers kostet die
Anlage 5.000 € und hat einen prognostizierten Solaren Deckungsgrad von 55 %. Die
vierköpfige Familie wird voraussichtlich einen mittleren Warmwasserbedarf von 25 l mit 60°C
pro Person und Tag haben. Der rechnerische Heizwärmebedarf des Gebäudes beträgt 8.000
kWh pro Jahr.
Weitere Randbedingungen:
• Kaltwassertemperatur = 10°C
• Wärmeverluste des Solarspeichers der Brauchwasseranlage = 800 kWh/a
• Nutzungsgrad des Zusatzwärmeerzeugers = 94 %
• Sonstige Wärmeverluste sollen vernachlässigt werden.
• Technische Lebensdauer der Solaranlage = 20 Jahre
• Zinssatz des Baukredits der Familie = 3 %
• Erdgaspreis 7 ct/kWh Brennwert (Verhältnis Brennwert / Heizwert bei Erdgas = 1,11)
a) Wie groß ist der Nutzwärmebedarf für die Warmwasserbereitung pro Jahr? 4 P
(2129 kWh/a)
b) Wie groß sind die Energiemengen, die bei der solaren Brauchwassererwärmung von der
Solaranlage und der Zusatzheizung in den Solarspeicher eingekoppelt werden? 12 P
(1611 kWh/a, 1318 kWh/a)
c) Wie groß ist die prozentuale Endenergieeinsparung durch die Solaranlage, wenn im Fall
ohne Solaranlage die jährlichen Verluste des dann kleineren Warmwasserspeichers nur
halb so groß sind wie mit Solaranlage? 10 P (47,9%)
d) Wie groß sind der solare Wärmepreis und die Energieeinsparkosten der Solaranlage,
wenn sich die Wartungskosten des Gaskessels aufgrund der reduzierten
Betriebsstunden durch die Solaranlage von 80 € auf 60 € pro Jahr reduzieren? 12 P
(19,6 ct/kWh, 24,5 ct/kWh)
e) Welche dynamische Amortisationszeit hat eine größere Solaranlage, welche neben der
Brauchwassererwärmung auch die Raumheizung unterstützt, wenn diese doppelt so
teuer ist, zu einer prognostizierten Endenergieeinsparung für Brauchwasser und Raumheizung
von 30 % führt und sich die Wartungskosten für den Gaskessel um weitere 20 €
pro Jahr reduzieren (analoge Randbedingungen für Speicherverluste wie oben)? 10 P
(59,7 a)

Prüfung: Erneuerbare Energien und energieeffiziente Technologien (Prof. Adam) 06.03.2013
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Aufgabe 1 (12 Punkte)
a) Wärmepumpen nutzen Wärme aus der Umwelt und stellen diese auf höherem
Temperaturniveau z.B. zur Beheizung von Gebäuden bereit. Nennen Sie drei typische
Umweltwärmequellen von Wärmepumpen zur Gebäudebeheizung! 3 P
b) Nennen Sie zu jeder dieser drei Umweltwärmequellen einen charakteristischen Vorteil
und einen Nachteil! 6 P
c) Geben Sie zu jeder dieser drei Umweltwärmequellen die Größenordnung der Jahres-
Arbeitszahl an, die Elektro-Wärmepumpen zur Gebäudebeheizung damit typischerweise
erreichen! 3 P
Aufgabe 2 (12 Punkte)
a) Ein Heizkessel in einem Gebäude wird im Verlauf der Heizperiode unter verschiedenen
Bedingungen betrieben. Nennen Sie drei Wirkungs- bzw. Nutzungsgrade, die dies
berücksichtigen und deshalb als Kennwerte für die energetische Güte eines Heizkessels
während einer Heizperiode gut verwendbar sind! 3 P
b) Wie werden diese 3 Wirkungs- bzw. Nutzungsgrade (messtechnisch) ermittelt? 6 P
c) Wie ändert sich der Nutzungsgrad eines Heizkessels bei Überdimensionierung? Wovon
hängt die Größe der Änderung ab? 3 P
Aufgabe 3 (22 Punkte)
a) Geben Sie die Gleichung für die Kennlinie eines thermischen Solarkollektors an! 4 P
b) Ordnen Sie den einzelnen Termen der Gleichung die physikalischen Effekte zu, die mit
Ihnen quantifiziert werden! 6 P
c) Was versteht man unter selektiver Beschichtung und welcher Term der Kollektorkennlinie
wird davon wie beeinflusst? 6 P
d) Zeichnen Sie für eine Globalstrahlung von 600 W/m² eine quantitative Kollektorkennlinie
für einen Solarkollektor mit folgenden Daten: η 0 = 75%, K 1 = 2 W/m²K, K 2 = 0,01 W/m²K²!
Lesen Sie aus dem Diagramm die Stillstandstemperatur ab, die der Kollektor bei dieser
Einstrahlung erreicht! 6 P
Aufgabe 4 (8 Punkte)
a) Unter dem Begriff „Solare Kühlung“ versteht man in der Regel die Bereitstellung von
Kälte durch den Antrieb einer Sorptionskältemaschine mit thermischen Solarkollektoren.
Mit dem Preisverfall der Photovoltaik wird aber auch die Kombination aus Photovoltaik-
Modulen und elektrischen Kompressionskältemaschinen zur „Solaren Kühlung“
interessant. Zeichnen Sie für beide Varianten der „Solaren Kühlung“ ein Energieflussbild.
Starten Sie mit einer solaren Einstrahlung von 1 kW. Nehmen Sie auch die
„Abwärmeströme“ an den Kältemaschinen in ihr Energieflussbild mit auf.
Siehe auch die Rechenaufgabe auf der Rückseite des Blattes!

Prüfung: Erneuerbare Energien und energieeffiziente Technologien (Prof. Adam) 06.03.2013
Erreichbare Gesamtpunktzahl: 96 Punkte
Aufgabe 5 (42 Punkte)
Eine neue Photovoltaik-Anlage besteht aus 20 Modulen. Jedes Modul besitzt eine
Peakleistung von 190 W und eine Modulfläche von 1,4 m². Der in der Anlage verbaute
Wechselrichter hat unter STC-Bedingungen einen Wirkungsgrad von 96 %. Die ohmschen
Verluste in der Gleichstromleitung zwischen Generatoranschlusskasten und Wechselrichter
werden mit 0,5 % der Peakleistung abgeschätzt.
Weitere Randbedingungen:
• Globalstrahlung in Modulebene = 1200 kWh/m²a
• Performance Ratio der Anlage = 80 %
• Investitionskosten der Anlage = 8.000 €
• Versicherungskosten für die Anlage von 0,5 % der Investitionskosten pro Jahr
a) Wie groß ist die Peakleistung der Module (alle zusammen) und die der Anlage? 6 P
3,8 kW; 3,63 kW
b) Wie viel Strom produziert die Anlage in einem Jahr? 12 P
3648 kWh/a
c) Wie groß ist die Vollbenutzungsstundenzahl der Anlage? 3 P
1005 h/a
d) Wie teuer ist die Kilowattstunde PV-Strom aus der Anlage unter Berücksichtigung eines
Kreditzinssatzes von 2,5 % und einer technischen Lebensdauer der Anlage von 20
Jahren? (Wenn Sie in Unterpunkt b nicht zu einer Lösung gekommen sind, können Sie
hier mit einer Stromproduktion von 4000 kWh/a weiter rechnen) 9 P
15,2 ct/kWh
e) Welche dynamische Amortisationszeit hat die PV-Anlage bei einer Stromeigennutzung
von 30 % (Strompreis = 25 ct/kWh) und einer Einspeisevergütung von 17,5 ct/kWh?
12 P
14,1 a