Seit August 2021 müssen auf Beschluss der Kultusministerkonferenz (KMK) bei einer Modernisierung von Ausbildungsordnungen die vier neuen Positionen „Umweltschutz und Nachhaltigkeit“, Digitalisierte Arbeitswelt“, Organisation des Ausbildungsbetriebs, Berufsbildung, Arbeits- und Tarifrecht“ sowie „Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit“ aufgenommen werden (BIBB 2021). Insbesondere die letzten beiden Positionen unterscheiden sich deutlich von den alten Standardberufsbildpositionen.

Diese Positionen begründet das BIBB wie folgt (BIBB o. J.a): „Unabhängig vom anerkannten Ausbildungsberuf lassen sich Ausbildungsinhalte identifizieren, die einen grundlegenden Charakter besitzen und somit für jede qualifizierte Fachkraft ein unverzichtbares Fundament kompetenten Handelns darstellen“ (ebd.).

Die Standardberufsbildpositionen sind allerdings allgemein gehalten, damit sie für alle Berufsbilder gelten (vgl. BMBF 2022). Eine konkrete Operationalisierung erfolgt üblicherweise durch Arbeitshilfen, die für alle Berufsausbildungen, die modernisiert werden, erstellt werden. Die Materialien der PA-BBNE ergänzen diese Arbeitshilfen mit einem Fokus auf Nachhaltigkeit und geben entsprechende Anregungen (vgl. BIBB o. J.b). Das Impulspapier zeigt vor allem in tabellarischen Übersichten, welche Themen der Nachhaltigkeit an die Ausbildungsberufe anschlussfähig sind.

Die neue Standardberufsbildposition „Umweltschutz und Nachhaltigkeit“ ist zentral für eine BBNE, sie umfasst die folgenden Positionen (BMBF 2022).

a) “Möglichkeiten zur Vermeidung betriebsbedingter Belastungen für Umwelt und Gesellschaft im eigenen Aufgabenbereich erkennen und zu deren Weiterentwicklung beitragen

b) bei Arbeitsprozessen und im Hinblick auf Produkte, Waren oder Dienstleistungen Materialien und Energie unter wirtschaftlichen, umweltverträglichen und sozialen Gesichtspunkten der Nachhaltigkeit nutzen

c) für den Ausbildungsbetrieb geltende Regelungen des Umweltschutzes einhalten 

d) Abfälle vermeiden sowie Stoffe und Materialien einer umweltschonenden Wiederverwertung oder Entsorgung zuführen

e) Vorschläge für nachhaltiges Handeln für den eigenen Arbeitsbereich entwickeln 

f) unter Einhaltung betrieblicher Regelungen im Sinne einer ökonomischen, ökologischen und sozial nachhaltigen Entwicklung zusammenarbeiten und adressatengerecht kommunizieren”

Die Schnittstellen zwischen der neuen Standardberufsbildposition „Umweltschutz und Nachhaltigkeit” werden in 

• Tabelle 1 – Die Standardberufsbildposition “Umweltschutz und Nachhaltigkeit”

fortlaufend aufgezeigt. Mit Ausnahme der Position c) werden in der Tabelle alle Positionen behandelt. Die Position c) wird nicht behandelt, da diese vor allem ordnungsrechtliche Maßnahmen betrifft, die zwingend zu beachten sind. Maßnahmen zur Nachhaltigkeit hingegen sind meist freiwillige Maßnahmen und können, müssen aber nicht durch das Ordnungsrecht geregelt bzw. umgesetzt werden. In der Tabelle werden die folgenden Bezüge hergestellt:

• Spalte A: Positionen der Standardberufsbildposition „Umweltschutz und Nachhaltigkeit”;
• Spalte B: Vorschläge für Fertigkeiten, Kenntnisse und Fähigkeiten, die im Sinne der nachhaltigen Entwicklung wichtig sind;
• Spalte C: Bezüge zur Nachhaltigkeit;
• Spalte D: Mögliche Aufgabenstellungen für die Ausbildung im Sinne der Position 3e) „Vorschläge für nachhaltiges Handeln entwickeln“;
• Spalte E: Zuordnung zu einem oder mehreren SDGs (Verweis auf das Hintergrundmaterial).

Nachhaltigkeit sollte integrativ vermittelt werden, sie sollte auch in den berufsprofilgebenden Berufsbildpositionen verankert werden (BIBB o. J.): 

“Die berufsübergreifenden Inhalte sind von den Ausbilderinnen und Ausbildern während der gesamten Ausbildung integrativ, das heißt im Zusammenspiel mit den berufsspezifischen Fertigkeiten, Kenntnissen und Fähigkeiten, zu vermitteln.”

Aus diesem Grund haben wir die jeweiligen Berufsbildpositionen sowie die Lernfelder des gültigen Rahmenlehrplanes gleichfalls betrachtet in 

Tabelle 2: Berufsbildpositionen und Lernfelder mit Bezug zur Nachhaltigkeit

Die Betrachtung ist beispielhaft, es wird kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben. Folgende tabellarische Darstellung wurde gewählt:

Spalte A: Berufsbildposition und Lernfeld(er)

Spalte B: Fertigkeiten, Kenntnisse und Fähigkeiten gemäß Ausbildungsordnung (AO) sowie Lernfelder des Rahmenlehrplans (RLP, kursive Zitierung). Explizite Formulierungen des RLP zu Themen der Nachhaltigkeit werden als Zitat wiedergegeben;

Spalte C: Beispielhafte Bezüge zur Nachhaltigkeit;

Spalte D: Referenz auf die jeweilige Position der Standardberufsbildposition (siehe Tabelle 1, Spalte A).

Zur Verbesserung der Anschaulichkeit der integrativen Förderung nachhaltigkeitsorientierter Kompetenzen wird in diesem Impulspapier eine exemplarische Aufgabenstellung für die betriebliche oder berufsschulische Unterrichtung vorgeschlagen:

• Zunächst wird die Herkunft ausgewählter Früchte von Konditoreiprodukten bestimmt und unter Nachhaltigkeitsaspekten beurteilt.
• Vertiefend erfolgt eine Auseinandersetzung mit Pro- und Kontra-Argumenten im Rahmen eines Rollenspiels, um die Kundenberatung bei Produktfragen nachhaltigkeitsorientiert ausrichten zu können und geeignete Verkaufsstrategien zu entwickeln.

Zielkonflikte und Widersprüche sind bei der Suche nach dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit immanent und für einen Interessenausgleich hilfreich.  In dem Kapitel 7. werden beispielhafte Zielkonflikte aufgezeigt. Ergänzend werden in dem hierzu gehörigen Dokument auch einige Folien (pptx bzw. pdf) erstellt, die für Lernprozesse verwendet werden können. Ein Beispiel für einen berufsbildbezogenen Zielkonflikt ist der folgende:

• “Niedrige Retouren (wenige Überschüsse von Brot und Backwaren) vs. volle Regale bis Ladenschluss”: 
• Betriebe, die Lebensmittelabfälle bzw. Retouren vermeiden wollen, bieten den Kunden kurz vor Betriebsschluss unter Umständen nicht mehr dasselbe umfangreiche Angebot wie Betriebe, die den Kunden bis zum Ladenschluss das komplette Sortiment anbieten, um die Kunden nicht zu verlieren.
• Es ergibt sich somit der Konflikt zwischen der Notwendigkeit, Abfall zu vermeiden und dem Wunsch, die Kunden*innen durch ein jederzeit umfangreiches Angebot zufriedenzustellen.

Die in den folgenden Tabellen 1 und 2 im didaktischen Impulspapier (IP), im Hintergrundmaterial (HGM) sowie in den Foliensätzen zu den Zielkonflikten (FS) vorgeschlagenen Hinweise zu Fertigkeiten, Kenntnisse und Fähigkeiten bzw. Lernfelder, Aufgabenstellungen und Zielkonflikte bilden den in 2022 aktuellen Stand der Entwicklungen in Hinsicht auf technische Verfahren, Dienstleistungen und Produkte in Bezug auf Herausforderungen der Nachhaltigkeit bzw. deren integrative Vermittlung in den verschiedenen Berufen dar. Sie enthalten Anregungen und Hinweise ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

Mit Lesen dieses Textes sind Sie als Ausbilder:innen und Berufsschullehrkräfte eingeladen, eigene Anregungen in Bezug auf die dann jeweils aktuellen Entwicklungen in ihren Unterricht einzubringen. Als Anregungen dient diesbezüglich z. B. folgende hier allgemein formulierte Aufgabenstellung (analog zu IP, Tabelle 1), die Sie in Ihren Unterricht aufnehmen können:

Recherchieren Sie (ggf. jeweils alternativ:) Methoden, Verfahren, Materialien, Konstruktionen, Produkte oder Dienstleistungen, die den aktuellen Stand der (technischen) Entwicklung darstellen und die in Hinblick auf die Aspekte der Nachhaltigkeit (ökologisch, sozial-kulturell und/oder ökonomisch) bessere Wirkungen und/oder weniger negative Wirkungen erzielen als die Ihnen bekannten, eingeführten und „bewährten“ Ansätze.

Beschreiben Sie mögliche positive Wirkungen dieser neuen Methoden, Verfahren, Materialien, Konstruktionen, Produkte und/oder Dienstleistungen auf die Nachhaltigkeit in Ihrem Betrieb.

Für eine erste energetische Analyse ist es hilfreich, zunächst die energetische Betriebsstruktur im Unternehmen darzustellen, hierfür das Beispiel Elektroenergie (s. Tabelle). Dadurch erhält man schnell einen Überblick über die Verursacher des Energieverbrauchs. Gemeinsam mit den Auszubildenden wird eine Gesamtbetrachtung erstellt. Dies kann die Berufsschule mit ihren fachpraktischen Abteilungen oder ein ausgewähltes Musterunternehmen sein. 

Tabelle: Bereiche für den Stromverbrauch 

1. Um die Bedeutung der Verbraucher an der Energiebilanz zu ermitteln, ist es notwendig, die Verbraucher mit Energieverbrauchszahlen zu untersetzen.  

1. Dazu werden die Leistungskenndaten der Verbraucher (Maschinen, Geräte, Leuchtmittel, … tabellarisch erfasst, wobei hierfür eine vorhandene Inventarliste als grobe Orientierung hilfreich sein kann. 

1. Diese Daten befinden sich entweder in Herstellerangaben in der Anlagen- oder Maschinendokumentation oder auf z. B.  Typenkennschildern auf den Verbrauchern. 

1. Dieser Schritt der reinen Erfassung des IST-Zustands kann in kleinen Teams erfolgen. Im Anschluss sind die erhobenen Werte zu vergleichen und auf Plausibilität zu überprüfen. 

1. Im nächsten Schritt  werden die Daten interpretiert. 

1. Dazu werden die Verbraucher zuerst nach Nennleistung der Größe nach sortiert. Sollte nur der Nennstrom angegeben sein, ist die Leistung rechnerisch zu ermitteln. Es wird deutlich, welche Maschinen die größte elektrische Eingangsleistung beziehen. 

1. Hier handelt es sich aber nur um die momentane Leistungsaufnahme, für die Ermittlung des Energieverbrauchs ist maßgeblich, über welchen Zeitraum der Verbraucher Strom bezieht. 

Für den größten Lerneffekt sollten die Auszubildenden die Nutzungszeiten der Verbraucher nach folgendem Schema schätzen und die Liste neu sortieren. Anschließend wird, je nach Möglichkeit, eine zeitlich begrenzte oder permanente Messung geplant und durchgeführt. 

Tabelle: Verschiedene Methoden zur Bestimmung des Energieverbrauchs 

Der Energieverbrauch kann auch ohne Messung geschätzt werden: 

• Energieverbrauch [kWh] = mittl. Leistung [kW] x Betriebsstunden [h] 
• Energieverbrauch [kWh] = Nennleistung [kW] x Korrekturfaktor x Betriebsstunden [h] 

Bei der Multiplikation der Nennleistung (ist dem Typenschild der Anlage zu entnehmen) mit den Betriebsstunden und einem Korrekturfaktor handelt es sich lediglich um eine Abschätzung des Energieverbrauchs. Der Korrekturfaktor soll die Auslastung der Anlage berücksichtigen z. B. „Die Anlage fährt in der Produktion durchschnittlich auf etwa 70 Prozent der Nennleistung.“ -> der Korrekturfaktor für die Näherung betrüge somit 0,7. Diese Methode ist nur dann zu empfehlen, wenn keine großen Schwankungen in der Anlagenauslastung vorliegen bzw. wenn eine grobe Abschätzung des Einflusses auf den gesamten Energieverbrauch benötigt wird.  

Die Maschinen können dann z. B. entsprechend des ermittelten Verbrauchs in Kategorien von „A“ bis „C“ taxiert werden: 

• Energiekategorie „A“ – großer Verbrauch (> 5 Prozent Anteil am Gesamtverbrauch) 
• Energiekategorie „B“ – mittlerer Verbrauch (< 5 Prozent Anteil am Gesamtverbrauch) 
• Energiekategorie „C“ – niedriger Verbrauch (unter 1 Prozent Anteil am Gesamtverbrauch) 

Nach der groben Abschätzung und der Kategorisierung der Maschinen und Anlagen sollten die errechneten Werte vor allem für die Maschinen und Anlagen der Kategorie „A“ und „B“ mit dem größten Anteil am Gesamtenergieverbrauch, durch Messungen verifiziert werden (s. Methode b und c) 

Bei der zeitlich begrenzten Messung handelt es sich um das Messen mit Hilfe eines mobilen Messgerätes über einen begrenzten Zeitraum.  

• Diese Methode der Erfassung des Energieverbrauchs ist dann anzuwenden, wenn Maschinen und Anlagen diskontinuierlich und damit nicht dauerhaft unter Volllast betrieben werden.  
• Bei Unternehmen mit Werkstattcharakter sind die Maschinen nur zeitweise in Betrieb, auch hier sind grobe Abschätzungen nicht empfehlenswert. 

• Am deutlichsten wird dies bei Kälteanlagen: Hier schaltet bzw. moduliert der Kompressor in Abhängigkeit von der Außentemperatur. Eine Berechnung würde ein sehr ungenaues und damit unzulässiges Ergebnis herbeiführen.  
• Bei der Wahl des Messzeitraumes ist es wichtig, exemplarisch einen typischen Produktionszyklus zu wählen (bspw. eine Produktionswoche von 7 Tagen), sodass bei der anschließenden Hochrechnung auf ein Jahr der Jahresenergieverbrauch realitätsnah ermittelt werden kann. 
• Falls nur ein Tag gemessen werden kann, sollte ein Korrekturfaktor für die Auslastung der Anlage beigefügt werden. Bei den von klimatischen Einflüssen abhängigen 
• Bei manchen Energieverbräuchen (z. B. Kühlenergie) ist es sinnvoll, eine sogenannte Witterungsbereinigung der Messdaten durchzuführen, um so eine jährliche Vergleichbarkeit des Verbrauchs zu ermöglichen. 

Für die genaueste Ermittlung des Energieverbrauchs sind dauerhaft installierte Messgeräte – sogenannte „stationäre Messungen“ – erforderlich. Bei dieser Methode erfolgt keine Hochrechnung, denn der Verbrauch wird kontinuierlich erfasst.  

Eine dauerhafte stationäre Messung von Energieflüssen ist dann sinnvoll, wenn eine Echtzeitmessung für sofortiges Ergreifen von Maßnahmen erforderlich ist, wenn das Verbrauchsverhalten bei wechselnden Betriebszuständen der Anlage dauerhaft überwacht werden soll, oder aber auch zur Klärung der Effizienz größerer Verbraucher. 

Anhand der beschriebenen Verfahren zur Ermittlung von Energieverbrauchsdaten und deren Anwendungsbereich wird der Messplan erstellt.  

Unnötige Messungen und damit einhergehend unnötige Beschaffungen teurer Messtechnik kann man so vermeiden. Der Messplan dokumentiert den Umfang (z. B. die Messdauer,  Messbereich und das Messintervall), die Art, den Ort und die Zielstellung der Messungen. Die Detailtiefe von Messungen ist abhängig von deren Messaufgabe und Zielstellung. In der Tabelle sind mögliche Detailtiefen aufgeführt.  

Abbildung: Konzept der Planung 

Eine Messtabelle auf Grundlage des Messplans und der nach Pareto-Prinzip ausgewählten Anlagenteile oder Maschinen wird gemeinsam erstellt und soweit möglich vorausgefüllt. 

Die auf diese Weise mit A gekennzeichneten Anlagenteile oder Maschinen werden im weiteren Verlauf mit Stromwandlern an allen stromführenden Leitern der Zuleitung ausgestattet. Diese Wandler werden mit einem Datenlogger verbunden. Die Anzahl der notwendigen Datenlogger richtet sich nach den benötigten Messstellen und danach, ob mehrkanalige Geräte verfügbar sind.  

Für große Messaufkommen empfiehlt es sich eine SPS (S7-1500 mit der benötigten Anzahl an analogen Eingängen) als Datenlogger zu konfigurieren (kontinuierliche Messwertprotokolle als csv Datei oder in einer Datenbank, die über einen vorinstallierten Webserver auf der SPS ausgewertet werden kann. Beispiele dazu finden sich bei Siemens – Download eines PDFs🙂 

Die Auszubildenden müssen also konkret  

• Stromwandler fachlich richtig montieren,  
• Anschlusskabel nach Bedarf verlängern,  
• Sensoren nach Schaltplan mit einem Messgerät oder einer vorbereiteten SPS verbinden und  
• Messgeräte / SPS nach Messplan vorkonfigurieren (Messwert, Messbereich, Messdauer, Messintervall). 

Für die Interpretation der Messergebnisse sind weitere Einflussparameter wie z. B. das Alter der Maschine mit einzubeziehen. Folgende Einflussfaktoren sind zu berücksichtigen: 

• Betriebszeiten mit Art der Beschäftigung (Ein-, Zwei- oder Dreischichtsystem),  
• Auslastung je nach Phasen (Volllast, Stand-by-Modus, konstante Auslastung),  
• Auslastung je nach Produkt (sofern möglich, ist hier der Energieverbrauch pro produzierte Einheit als Kennzahl zu bestimmen)  

Bei der Betriebsdatenerfassung müssen ggf. betroffene Mitarbeiter mit einbezogen werden. In der Metallwerkstatt wären das die Ausbilder für die Dreh- und Fräsautomaten. Dabei sollten die Auszubildenden auch künftig erkennen können, an welcher Maschine, in welcher Arbeitsphase und mit welcher Auslastung nach Betriebszeit die Messung vorgenommen wurde. 

Das alleinige Überwachen der Kennzahlen verbessert die Energieeffizienz noch nicht. Hierfür ist es zwingend notwendig, die Faktoren, welche den Energieverbrauch beeinflussen, zu kennen. Nur durch die Beeinflussung dieser Faktoren kann eine Steigerung der Energieeffizienz erreicht werden. Die Erfassung der verbrauchten Energie macht also nur dann Sinn, wenn auch gleichzeitig die Zustände der Einflussfaktoren zugeordnet werden können. 

Einflussfaktoren auf den Energieverbrauch können sein: 

Bei der Auswertung wird der Stromverbrauch in Bezug zu  variablen Einstellungsmöglichkeiten von Geräten und Werkzeugen gemessen und das Einsparpotential ausführlich diskutiert. 

Zuletzt werden Herstellerangaben und tatsächliche Messergebnisse des Energieverbrauchs von Maschinen und Antrieben verglichen und im Sinne der Nachhaltigkeit bewertet. 

Nach Ermittlung der Einsparpotenziale  muss eine wirtschaftliche Betrachtung des Aufwandes zur Umsetzung dieser Potenziale im Verhältnis zum betrieblichen Nutzen durchgeführt werden. 

 Generell wird empfohlen, organisatorische Maßnahmen vor investiven Maßnahmen umzusetzen, da diese in der Regel nur das Verhalten ändern, oftmals wenig Kosten verursachen und dennoch hohen Nutzen haben. Für investive Maßnahmen sind immer wirtschaftliche Betrachtungen durchzuführen, die neben der Bestimmung der Amortisationszeit weitere Aussagen zur mittel- und langfristigen Wirkung haben sollten. 

Im ersten Schritt werden Möglichkeiten zur Montage von Solarpanelen erfasst. Dazu werden sämtliche verfügbare Dachflächen ausmessen, die eine mögliche Südausrichtung von Solarpanelen erlauben. Hierzu reicht eine Bestimmung der Grundrissmaße des Gebäudes, sofern möglich, eine Ermittlung des Gefälles der Dachfläche. Alle nicht messbaren Werte (aufgrund von Arbeitsschutz oder Unzugänglichkeit) werden geschätzt. 

Auch Parkflächen kommen für die Montage von Solaranlagen in Form von Parkraumüberdachung in Frage . Hier ist als Faustformel ca. ⅔  der Parkfläche als Berechnungsgrundlage anzunehmen.  

Aktuelle Informationen (Stand Anfang 2023) können beim ISE eingeholt werden (Link) 

Im zweiten Schritt werden Installationsmöglichkeiten identifiziert. Maßgeblich dafür sind z. B. möglichst kurze Leitungswege zu Unterverteilungen und  Arbeitssicherheitsvorschriften zum Begehen von Dachflächen mit bestimmten Belägen (Dachpappe, Wellasbest, Wellblech).  

In der  Norm VDE 0100-712:2016-10 – sind die Voraussetzungen für die Installation und den Betrieb von PV-Anlagen geregelt. Diese sind mit den Auszubildenden gemeinsam zu erörtern. 

Um das Potenzial für die Verwendung von PV als Ergänzung zum lokalen Stromnetz zu quantifizieren, sind Berechnungen von möglichen Erträgen notwendig. Dabei wird im Zielkonzept unterschieden zwischen Eigen­verbrauch oder Voll­einspeisung. Nach der EEG-Reform gibt es jetzt zwei Betreibermodelle mit unterschiedlichen Vergütungs­sätzen: 

• Modell Eigen­verbrauch. Eigentümer, die ihren erzeugten Strom teil­weise selbst verbrauchen, bekommen künftig bis zu 8,2 Cent pro Kilowatt­stunde (kWh), die sie ins öffent­liche Netz einspeisen – wie bisher im Jahr der Inbetrieb­nahme und in den 20 Folge­jahren.  
• Modell Voll­einspeiser. Verkaufen Anlagen­betreiber den erzeugten Strom komplett an den Netz­betreiber, erhalten sie künftig bis zu 13 Cent pro Kilowatt­stunde – doppelt so viel wie bisher.  

Für die Berechnung müssen sich die Auszubildenden also entscheiden. Entweder sie verbrauchen einen Teil des erzeugten Solar­stroms selbst und sparen damit Strom­kosten. Oder sie speisen den Strom komplett ins öffent­liche Netz. Dann bekommen sie eine deutlich höhere Einspeise­vergütung, sparen aber keinen Cent bei der Strom­rechnung.  

Ein typisches Photovoltaikmodul hat die Maße 1,70 m x 1 m (= 1,70 m²) und eine Leistung von 340 Wp. Das heißt, ein Quadratmeter Fläche liefert 0,2 kWp. Da nicht alle Fläche belegt werden kann, wird die Dachfläche in m2 durch 7 geteilt (und nicht durch 5) um die mögliche PV-Leistung in kWp zu bestimmen. Bei diesem Faktor sind schon bereits gewisse Freiflächen berücksichtigt. 

• Dachfläche [DF] / 7 (m²/ kWp) = Photovoltaikleistung [PL] in kWp 
• [PL]  = [DF]_______ / 7 (m²/ kWp) = ___________ in kWp 

Die Globalstrahlung ist mit durchschnittlich 1.100 Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/a) im Jahr in Deutschland nahezu halb so groß wie in der Sahara. Zudem erhalten in Deutschland die Photovoltaikmodule die notwendige Kühlung und Selbstreinigung.  

Der regionale Energieertrag [RE] für Photovoltaikanlagen berechnet sich auf Basis der Größe der eigenen Anlage in kWp multipliziert mit dem regional unterschiedlichen Ertrag in kWh/kWp (siehe Spalte 3 der Tabelle:: 

• RE = x kWp * y kWh / kWp x a 
• Beispiel für eine Anlage in Brandenburg mit 5 kWp 
• RE = 5 kWp * 910 kWh / kWp * 1 a = 4.550 kWh/a 

Der tatsächliche Energieertrag hängt unter anderem von der Region ab, in der die Photovoltaikanlage errichtet werden soll, da die Solarstrahlung vom Einstrahlwinkel abhängig ist und dieser sich natürlich mit der geographischen Breite (Abstand vom Äquator).  

Tabelle: Regionale Solarstrahlung und regionaler Ertrag 

(enerix-solar.at, o. J.) 

In der Vergangenheit bestand oft die Meinung, dass nur nach Süden ausgerichtete Module, mit einer Neigung von 30 Grad wirtschaftliche Erträge liefern. Die vergangenen Jahre haben gezeigt, dass das zum Glück nicht so ist und dass Ost-, oder Westdächer und sogar flache Norddächer, sinnvolle Erträge liefern. Grundlage für die Ermittlung des Abweichungswertes ist folgende Tabelle, die die zu erwartenden Erträge in Prozent vom Idealwert (Regionaler Ertrag) wiedergibt . 

Abweichungswert [AW] = _______Prozent 

• Persönlicher Energieertrag [PE] = Abweichungswert [AW] x Regionaler Energieertrag  

Die oben errechnete Ertrag der Brandenburger 5 kWp Anlage von 4.550 kWh/a reduziert sich also beispielsweise bei einer Abweichung von der Süd-Ausrichtung um 90° (d.h. bei reiner Ost- oder West-Ausrichtung) und einer Dachneigung von 60° auf 70 Prozent, d.h. auf 0,7 * 4.550 = 3.185 kWh/a.  

Bei der Planung der Anlage muss darauf geachtet werden, dass die Solarmodule möglichst unverschattet installiert werden. Angrenzende Bäume, Gebäude oder sogar auf dem Dach vorhandene Antennen, Kamine oder Gauben können zeitweise einzelne Module beschatten und beeinträchtigen damit die Leistung aller Module, die an einem Leitungsstrang (String) hängen. 

Sollte während des Tages zeitweise oder zu bestimmten Jahreszeiten eine Teilverschattung vorliegen, reduziert sich der Jahresertrag nur minimal. Je nach Größe und Dauer der Beschattung sollte ein Abschlag zwischen 1 bis 5 Prozent einkalkuliert werden. 

Zur Berechnung des Autarkiegrades sind mehrere Vorbetrachtungen notwendig, die den Rahmen der Aufgabe sprengen würden. Auf der Internetseite von Prof. Volker Quaschning (Link) kann man den Autarkiegrad gemeinsam mit den Auszubildenden berechnen und die Abhängigkeit von Stromspeichern von der Anlagenleistung beurteilen. 

Zur Durchführung von Installationsarbeiten an PV-Anlagen gibt es in vielen Berufsschulen oder überbetrieblichen Bildungseinrichtungen Übungssets oder Übungsanlagen. Oft wird jedoch nur mit Elektronikern für Betriebstechnik  oder Elektronikern für Gebäude und Systeme (IHK) bzw. Elektriker (HWK) an diesen Systemen gearbeitet. Hier nur ein kleiner Abriss der notwendigen Tätigkeiten: 

• Installation von Solarpanelen in der Berufsschule inkl. branchenüblicher Verbindungstechnik und Leitungsverlegung 
• Absicherung der Anlage, Anwendung der DIN-VDE 0100 – 712 
• Anschluss und Konfiguration eines Wechselrichters 
• Anschluss und ggf. Konfiguration eines Stromspeichers 
• Inbetriebnahme der Anlage mit Verbrauchern verschiedener Lastarten (induktive, ohmsche Lasten) 

• Konfigurieren von Überlastverhalten (kurzfristig, langfristig) am Wechselrichter 

Nachdem bei Informieren und Planen Kennzahlen für die PV-Anlage ermittelt wurden und in der Durchführung praktische Erfahrungen sowie ein Überblick über die notwendigen Komponenten für Einrichtung, Betrieb und Absicherung von PV-Anlagen erworben wurde, sollen die Auszubildenden im letzten Schritt ein mögliches Konzept zum Einsatz von erneuerbaren Energien als Ergänzung des lokalen Netzes am Beispiel Photovoltaik erstellen. 

Dazu erörtern sie, welche Betriebsteile mit PV-Energie versorgt werden können und warum bzw. warum nicht. Sie beschreiben die Risiken, die beim Einsatz von PV Anlagen entstehen (Sicherheit und Verfügbarkeit von el. Energie, Brandschutz, …)und erörtern, wie mit diesen Risiken umgegangen werden kann (Stromspeicher überdimensionieren, USV Geräte in der IT nachrüsten, Notstromumschalter nachrüsten in allen betroffenen Verteilungen). 

Als Ergebnis entsteht ein mögliches Handlungskonzept, in dem die Bewertung der Einsatzmöglichkeit von EE im eigenen Unternehmen ausgearbeitet wurde und das eine wichtige Grundlage zur tatsächlichen Beschaffung leisten kann. 

Effizienz beschreibt unter anderem Wirtschaftlichkeit. Wenn so wenig wie möglich von einer notwendigen Ressource verwendet wird, so gilt dies als effizient. So könnte man meinen, dass Effizienzsteigerungen im Unternehmensalltag folglich auch zu einem nachhaltigen Wirtschaften führen. Weniger Abfall oder Energieaufwand bedeutet gleichzeitig weniger Umweltbelastung und längere Verfügbarkeit von endlichen Ressourcen – oder? Nicht unbedingt! 

Das Missverständnis hinter dieser Annahme soll anhand eines Beispiels aufgedeckt werden. Seit 1990 hat sich der deutsche Luftverkehr mehr als verdreifacht. Mit Hilfe technischer Innovationen, besserer Raumnutzung und weiterer Maßnahmen konnte der durchschnittliche Kerosinverbrauch pro Person seitdem um 42 Prozent gesenkt werden – eine gute Entwicklung auf den ersten Blick. Auf den zweiten Blick ist jedoch auch zu erkennen, dass das Verkehrsaufkommen im gleichen Zeitraum stark zugenommen hat. Daraus folgt, dass trotz starker Effizienzsteigerungen absolut betrachtet immer mehr Kerosin verbraucht wird – nämlich 85 Prozent mehr seit 1990. 

Wissenschaftler sprechen daher auch von einer „Effizienzfalle“. Denn obwohl sich mit Effizienzsteigerung eine relative Umweltentlastung erzeugen lässt, bleibt die Herausforderung des absoluten Produktionswachstums weiterhin bestehen. So ist das effiziente Handeln aus der ökonomischen Perspektive zwar zielführend, aus der ökologischen Perspektive jedoch fraglich. Es lässt sich schlussfolgern, dass Effizienzstreben und Nachhaltigkeitsorientierung zwei eigenständige Rationalitäten darstellen, die von Unternehmen beide gleichermaßen beachtet werden sollten, um zukunftsfähig zu wirtschaften. Eine langfristig erfolgreiche Unternehmensführung würde demnach aus den zur Verfügung stehenden Ressourcen unter Erhalt der Ressourcenbasis möglichst viele ökonomische Werte erschaffen, um somit intergenerational und intragenerational gerecht zu wirtschaften. Somit sollte sich ein zukunftsorientiertes berufliches Handeln sowohl den Herausforderungen der eher kurzfristigen Effizienzrationalität als auch der langfristigen Nachhaltigkeitsrationalität stellen und beide Perspektiven verknüpfen.  

Im Rahmen des beruflichen Handelns entstehen jedoch Widersprüche zwischen der Effizienzrationalität („Funktionalität“, „ökonomische Effizienz“ und „Gesetzeskonformität“) und der Nachhaltigkeitsrationalität („ökologische Effizienz“, „Substanzerhaltung“ und „Verantwortung“). Ein zukunftsfähiges berufliches Handeln zeichnet sich dadurch aus, mit diesen Widersprüchen umgehen zu können. 

Doch stellt sich nun die Frage, was der Umgang mit Widersprüchen für den Berufsalltag bedeutet. In diesem Zusammenhang kann von so genannten „Trade-offs“ – auch „Zielkonflikte“ oder „Kompromisse“ – gesprochen werden. Grundsätzlich geht es darum, den möglichen Widerspruch zwischen einer Idealvorstellung und dem Berufsalltag zu verstehen und eine begründete Handlungsentscheidung zu treffen. Dabei werden Entscheidungsträger häufig in Dilemma-Situationen versetzt. Im beruflichen Handeln geht es oftmals um eine Entscheidung zwischen knappen Ressourcen, wie Geld, Zeit oder Personal, für die es gilt, Lösungen zu finden. 

Im Folgenden werden einige Zielkonflikte aufgezeigt. 

Folgende Zielkonflikte sind im Maschinenbau häufig zu finden, die im Rahmen eines Unterrichts- oder Ausbildungsgesprächs diskutiert werden können: 

• Der Einsatz von Sensorik und Cloud Computing (Big Data zur vorbeugenden Wartung) wird umgangssprachlich als Industrie 4.0 bezeichnet. Durch Industrie 4.0 können Maschinenausfälle frühzeitig verhindert, in der Logistik Leerfahrten vermieden und in der Produktion Ressourcen effektiv genutzt werden. Dies passiert durch eine Wechselwirkung aus massivem Einsatz von Sensortechnik auf der einen Seite und einem starken Zuwachs an IKT auf der anderen Seite. Zwar werden durch den Einsatz von Industrie 4.0 Lösungen gegen Maschinenverschleiß und Materialverbrauch reduziert, jedoch sind zur Herstellung von Sensorik seltene Erden bisher alternativlos, deren Abbau dramatische  ökologische und soziale Auswirkungen in den Fördergebieten aufweist. 
• Die laufenden Trends von Rationalisierung, Automatisierung und Digitalisierung im Maschinenbau dürfte aufgrund ihrer Bedeutung in der metallverarbeitenden Industrie weiterhin hoch sein, und damit zu einem abnehmenden Gesamtarbeitsvolumen führen (soziale Auswirkungen, Gefahr von Arbeitsplatzverlusten bzw. Chance von Arbeitszeitverkürzungen). Vor allem die Automobil- und Stahlbranche befindet sich in einer tiefen Umbruchphase. Hier sind mögliche und realisierbare Alternativen in den Blick zu nehmen, wie z. B. neue Arbeitszeitmodelle (seit Jahren wird von Australien ausgehend immer häufiger eine 4-Tage-Woche angewendet). 
• Der weltweite Nachfrageanstieg nach Metallen und ähnlichen Rohstoffen (insb. von Seiten der schnell wachsenden Verbräuche in den BRICS-Staaten) gefährdet die Versorgungssicherheit mit diesen Komponenten. Die hohe Importabhängigkeit der deutschen Industrie könnte zu weiteren Engpässen führen. Beispiel Kupfer: Deutschland importierte im Jahr 2020 ca. 1,2 Mio. t Kupfererz und -konzentrat (überwiegend aus Peru, Brasilien und Chile). Das ist gegenüber dem Vorjahr ein Anstieg um 21,5 Prozent (BGR 2021). Zugleich steigen die Preise sehr stark an und die Lieferketten werden unzuverlässiger. 
• Die globalen Materialströme stehen in vielfacher Hinsicht in Wechselwirkung mit nachhaltiger Entwicklung, mit ökologischen, sozial-kulturellen und wirtschaftlichen Faktoren sowie deren Verarbeitung, was wiederum direkt den Klimawandel vorantreibt.  

• In der Elektrotechnik ist vor allem die Frage einer nachhaltigen Versorgung mit elektrischer Energie sowie deren sparsamer Verbrauch eine wesentliche Herausforderung. Der Einsatz von Leistungselektronik ermöglicht beispielsweise eine sehr effiziente Energieumwandlung, moderne Elektromotoren sorgen für effiziente Umsetzung in mechanische Energie, die Stromerzeugung aus regenerativen Quellen ist wesentlicher Bestandteil der Energiewende. Durch die zunehmende Verbreitung moderner Prozess- und Regelungstechnik lässt sich in vielen Anwendungen Energie einsparen und gleichzeitig der Komfort für den Benutzer erhöhen. Zugleich benötigen die verschiedenen Computer und IKT bei ihrer Herstellung und im Betrieb insgesamt immense Energie – und Rohstoffmengen – insbesondere seltener Erden. Hier gilt es, zwischen verschiedenen Nutzungsformen im Sinne der Nachhaltigkeit abzuwägen.  
• Bei der Transformation hin zu klimaneutraler Antriebstechnik durch erneuerbare Energien ist die Versorgungssicherheit zu bedenken. Die Produktionskapazitäten für Schlüsselkomponenten der Elektroindustrie zur Errichtung von Anlagen zur Produktion erneuerbarer Energien sind heute stark beschränkt. Der schnelle Nachfrageanstieg gefährdet daher die Sicherstellung der Versorgungssicherheit mit diesen Komponenten bzw. bedingt eine hohe Importabhängigkeit.  Diese sind der Enabler für die Verkehrswende, für den Maschinenbau, für die Strominfrastruktur und für die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien. (ZVEI 2020)