可再生能源
可再生能源都具备一个共同的特征，即在使用时不消耗任何能源载体。正如化石能源载体一样，通过加工可再生能源载体可获得各种形式 ( 液体、固体、气体 ) 的能源产品供生产生活使用，如燃料、电能和热能等，当然技术成本相对较高。所以能源加工供应的成本具有决定性的作用。
加强利用可再生能源也是对抗气候变化的重要途径。在校园节能计划项目中，可以通过下列两种途径来达到气候保护的目的：其一是提高能源使用效率 ( 高效利用电能和热能并避免浪费 ) ，其二是开发气候友好型的能源，这里特指太阳能、风能、水能和生物质能等可再生能源。
我们将在这一部分详细介绍如何在学校中高效利用可再生能源。这里我们强调的问题不是是否要建造一个太阳能设备或者风力设备，而是是否把对学生进行提高能效基本知识的教育作为重点，这样可以和学生有更多的互动，或者是否建造一个有较高能源产出比的设备，以获得最大限度的收益。这两个目标应该有机地结合在一起。
水能
人类使用水能可以追述到非常久远的年代。早在 5000 年前古老的东方，中国人已经利用湍急的河流来推动水磨和砂轮的转动。在100多年前，人们便开始利用水力发电站和蓄能水力发电站将水能转化为电能。由于众多因素所限，人类利用水力获得能源尚有巨大的潜力。水能的开发利用满足了能源的部分需求，同时不向环境排放有害物质、废热和二氧化碳。
如今水能资源已广泛应用于发电。在世界范围内，水力发电量约占总发电总量的18%[2006年] 。在亚洲、南美一些新兴工业国家水能资源开发利用发展迅速，非洲的水资源储备也非常丰富。由于兴建水力发电站往往会改变当地的生态环境系统，所以如何正确处理两者之间的关系是一个非常棘手的问题。
德国水力发电站满足了全德大约 4% 的电力需求。截至 2003 年，水能发电仍占据可再生能源发电量之首。近期，德国风能发电量超过水能发电量，约高出4.3%。由于丰富的降水量，加上阿尔卑斯山与其周边山脉形成的天然地势落差，使得德国近 90% 的水电资源来自于德国巴伐利亚州和巴登符腾堡州。总体来说德国拥有将近 6000 个水力发电设备，总装机容量达 4660 兆瓦。大型水力发电站座落于德国主要的河流及其支流上，如：多瑙河、魔泽尔河、萨尔河、美茵河、内卡河、上莱茵河等。而储能水力发电站 ( 抽水储能水力发电站 ) 则大部分位于阿尔卑斯山、黑森林、 埃费尔山、上法尔茨森林及北黑森等地区。
水能的优点
水能以42%的比例 在可再生能源中占据第二位。水力发电不会在能源转化时向周围环境排放有害物质，而且转化效率高、成本低廉。当今水能技术日趋成熟。水力发电不同于太阳能和风力发电的特点在于其不受时间限制，因此具备了完全替代化石燃料发电站的条件，从而也成为可再生能源中最具经济效益的能源种类。不仅如此，水还可以储存能源：在水能过剩的情况下将水抽到地势较高处的湖内储存， 在电网负荷高峰时即可放水发电。正因如此水力发电将在未来备受青睐。但是我们不能只从能源经济角度来谈论水能，而忽略了其生态环境等问题。
符合环境承载力的水力发电设施
一般来说，水电站的建立就意味着对当地生态平衡的破坏。截流筑坝使水流减缓，表层的水温上升，从而大大加快了藻类等浮游生物的繁殖速度。藻类过量繁殖至死亡腐烂后会释放大量温室气体甲烷。另外截流筑坝也阻碍了鱼类和昆虫的迁徙，施工也破坏了当地河岸附近的动植物群。因此在水电工程规划中应统筹考虑，把对生态环境的不利影响减少到最低程度， 比如进行环境承载力评估，在截流筑坝时应避免破坏鱼类的迁徙，在建立新型水电站时应同时为生物建设若干群落生境。
风能
人类利用风能的历史可以追溯到公元前 2000 年 ， 中国、日本和古巴比伦地区已经开始利用风力推动风车转动替代人力劳动，如风力斗式提升机等。从 十二世纪起，欧洲风力资源较为丰富的地区已经随处可见转动的风车。十九世纪时，欧洲风车的数量已经超过 20 万。十九世纪末，随着发电机的研制成功，风车获得了一个崭新的价值。相对更有价值的水电和热电厂在这个时期压倒风电占据了主要的发电份额 。直到二三十年代， 风力发电才进入了一个蓬勃发展的阶段。在欧洲及美洲等地开始计划使用大型风力发电机，其功率在 100 千瓦到 1000 千瓦之间。在第二次世界大战中第一批风力发电设备的安装一度被搁置。自从七十年代 世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能再次得到青睐而得以继续发展。通过科技进步和能源政策的推动，德国到 2006 年为止已经拥有超过 17500 台风力发电设备，其装机总容量超过了 18000 兆瓦。德国因此成为了世界上利用风能大国。
风能的利用
人们利用风能的原理简而言之就是利用气流推动风轮叶片，从而形成动能。一个风力涡轮机的功率取决于风速的 3 次幂。因此，利用风能和选定地点密切相关。只有当风力达到年平均每秒 4.5 米时，利用风能发电才有意义。如此看来，地点的选择直接决定了风能发电设备的经济效益。
德国的风能发电现状
自 1991 年起，德国风力发电设备的数量有了突飞猛进的增长，这主要归功于 1990 年颁布的可再生能源发电强制上网法。 2000 年德国颁布了可再生能源法 (EEG) ，进一步推动了风电事业的发展，仅在 2002 年，德国新装风力发电设备总装机功率已突破 3000 兆瓦，达到了德国历史上又一个高峰。
可再生能源法 [2006] 对风电设备的补贴规定如下：
# 内陆地区风力发电
基础补贴 --- 提高的补贴
5.5 欧分/千瓦时 --- 8.7 欧分/千瓦时
提高的补贴至少支付 5 年， 递减：从 2005 年起减少 2%， 鼓励风力发电设备以新换旧，新设备装机容量至少需达到旧设备功率的 3 倍？ "60%- 条例" ：对于在安装使用前没有证明达到 60% 安装功率参考值的设备不给予补贴。
# 沿海地区风力发电设备
基础补贴 --- 提高的补贴
6.19 欧分/千瓦时 --- 9.1 欧分/千瓦时
提高的补贴将支付 12 年， 这项特殊条例有效期至 2010 年， 递减：从 2008 年 1 月 1 日起减少 2%。
风力发电以每年 26.5 太瓦小时（ 26.5 太瓦小时 = 26500 千兆瓦小时 = 26500000 兆瓦小时）的产电量 ( 相当于全德总电产量的 4.3%) 在德国可再生能源发电中占据首位。截至 2003 年，风力发电量已超越了水力发电量，在可再生能源发电中占据首位。
在沿海地区蕴含着极大的风力资源潜力。在德国政府的密切关注下，沿海地区将在 2030 年前新建总安装容量达到 25000 兆瓦的风力发电设备。德国目前正在下萨克森州沿海地区的实验基地为进一步扩建风电设备进行测试。
风能的优点
利用风能的最大优势在于其对环境友善 - 在发电过程中完全没有 有害气体的排放，且 不会排放废气废热给环境造成压力和影响 。风能和水能一样同属清洁能源 ，其技术水平在可再生能源中也在 近年得到飞速发展。在德国，大多数风力发电设备分布在常年风力稳定的地区，如沿海地区。德国联邦和各州政府均采取积极扶持的政策措施并颁布可再生能源发电强制上网法，以此也给德国内陆丘陵地带建造风力发电设备创造的良好的条件，并带来经济效益。
风能的工作原理及效率
风能是一种间接形式的太阳能， 地球表面吸收太阳的热量而升温，但是由于各地区受热不均，空气的冷暖程度就不一样。暖空气膨胀变轻后上升，冷空气冷却变重后下降，从而形成高压区和低压区，因平衡压力而产生的空气流动。此外气体流动还会受到地球自转和地球表面特性的影响。风是由大量气体转移而形成的，也因此成为动能的载体。风能转换设备可以通过风轮叶片将一部分动能转移到驱动轴上。如果要将风带来的动能 100% 全部利用，则在转换设备后面剩余的空气动能必须是零。经过转换设备而减速的气流必须排散，这说明剩余的空气必将带走部分能量。从空气动力学原理来说，风能利用率理论上最高可达 59% 。扣除 变速和发电机损失后便是获得电能的最大理论值。即便将这些损失计算在内，先进的风力发电设备最高转换效率也只能达到 50% 。这个数值已基本接近风能发电的最大效益了。
太阳热能
太阳能集热设备可以利用太阳能加热水和空气，其核心部分是吸热体，它的表面吸收太阳射线并将其转化为热能。为了避免热量损失，吸热体通常被放置在一个绝热箱中（平板式集热器）或者嵌入真空管里（真空管集热器）。集热装置的玻璃都有一层镀膜，以减小热量的损失。太阳能集热设备接收的热量主要被用于热水的供应，同时也可以为室内供暖。
一台典型的可供一个四口之家使用的太阳能热水器由一个约 6 平方米的平板式集热器和一个 300 升的储水箱组成。通过使用这个太阳能设备每年可节约 50-65 % 热水能耗，同时每年还能减少大约 900 公斤的二氧化碳排放。
从 2004 年 1 月 1 日可再生能源法生效起，太阳能集热设备便得到了各种政府资助，如安装每平米太阳能集热设备将得到 110 欧元的补贴。这样 无论是安装高效的真空管集热器（高于 700 欧元每平方米），还是相对经济的平板式集热器（高于 350 欧元每平方米），首要考虑的因素是设备的安装和地点，而不再是价格成本。
如果太阳能集热设备被用于房屋供暖（组合设备），那么对于一个单户住宅来说还需给每平米居住面积增加 10 到 15 平方米的太阳能平板式集热器和 70 到 100 升的储水箱。这样可以节省大概 25% 的室内供暖能源。以一个四口之家为例：安装这样一个组合设备的 成本大约是 8000 到 10000 欧元（包含安装费），如果只安装供应热水的太阳能设备则只需要 4000 到 6000 欧元（包含安装费）。
太阳能集热设备同样适用于学校，多用来给体育馆的淋浴室提供热水。然而太阳能最充足的季节通常是体育馆不开放的暑期，这会在一定程度上影响经济效益。尽管如此，安装太阳能集热设备本身具有良好的教育意义，可以将它和教学相结合。
太阳能设备的工作原理
通过太阳辐射加热在屋顶太阳能集热器中的液体热载体 ， 其温度上升 后流入储水箱并加热生活用水。太阳能集热组合设备除了提供热水还可给室内提供部分供暖。 液体热载体流入室内采暖设备的缓冲水箱内。冬季阳光不够强烈，不足以加热水箱内的水。这种情况下则需要打开传统加热锅炉给水箱中的水加热，以保证供暖充足。
利用太阳能设备给露天游泳场的池水加热是一个令人感兴趣的话题。由于泳池内的温度只需达到 30 摄氏度，所以没有必要安装昂贵的太阳能设备。一般来说，原理和花园内常使用的水管一样，只要在池内安放一些黑色有弹性的塑料吸热管就足够了。这样的简易集热装置只需几年便可以收回成本。
动画演示
太阳能集热设备工作原理的动画演示请参看
www.solarcontact.de/content/information/thermie_animation.php4
光伏发电
根据光伏效应原理或是光电效应原理，太阳能电池将太阳辐射产生的电磁能直接转化成为电能。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池，其成分大都为硅，一般从石英砂中提取而成。
光伏发电的工作原理
在阳光充足时（ 1000 瓦 / 平方米），太阳辐射在 10 平方厘米的太阳能电池上的功率为 10 瓦特。太阳能电池可将其中 1 到 1.5 瓦的太阳能转化为为电能，相当于 10 到 15% 的转化效率。其余的能量会在此过程中损失。为了提高效率，可以把单独的太阳能电池组合成模块。这样每平方米的发电功率均可达到 100 瓦特以上。在德国年光伏发电量因位置和定向有所不同，一般在 800 到 1000 千瓦时 / 平方米之间。这意味着每年可以减少 65 公斤的二氧化碳排放量。
光伏发电设备可分为并网发电和独立发电。独立发电设备常设有电池和辅助能源供给设备。有多个太阳能电池构成太阳能模块组合成一个发电平板，这就是光伏发电设备主要部分。太阳能模块产生直流电，然后通过逆整流器将其转化成为可并网的交流电。光伏发电设备一般安装在房顶的支架上，也可以和屋顶或者和外墙相结合。
太阳能电池的种类和效率
太阳能硅电池根据不同的结晶类型分为三种
单晶硅：单晶硅太阳能电池由一块晶体组成，光电转换效率高，而其制造成本也很高。
多晶硅：多晶硅的生产制造成本较低，因此得到广泛的应用。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
非晶硅：非晶硅电池将被蒸发在个支架上，从而形成极薄的硅电池。其应用领域多为低功率设备，如手表、计算器等。
下列表格内列出的转化效率值是在标准测试条件下得出的，即太阳能辐射强度为 1000 瓦 / 平方米，太阳能电池板的表面温度为 25 摄氏度。实际中得出的数值往往都小于这些标准值。
| 硅光电池 | 实验室转换效率值 | 典型转换效率值 |
|---|---|---|
| 单晶硅 |
25% |
15-17.5% |
| 多晶硅 |
20% |
14-15% |
| 非晶硅 |
12% |
5-7% |
光伏发电设备
在实际生活中光伏发电设备多是并网发电的。单户家庭购买安装光伏发电设备还为时尚早，因为其成本相对于电网电价还是非常昂贵的。因此，将光伏发电设备设置在没有公共电网的地区才具备经济性。当然，在已经实现经济性的区域也有应用光伏发电设备的条件，例如计算器和钟表等电子设备。购买这样的电子设备可以节省电池的费用，同时避免了电池对环境的损坏和污染。必须使用电池的设备，可以使用通过太阳能充电的电池。房车、野营车辆、游艇、温室花园、车库大门驱动装置、气候测量站、电围栏、交通指示灯、报警装置、高速公路电话以及停车售票机等设备也同样已经具备了使用光伏发电设备的经济性。在不具备充足供电基础设施的发展中国家使用光伏发电设备更有经济价值。
德国通过固定强制上网价格使得光伏发电具有经济价值，并在一定条件下可以给光伏发电设备的安装提供公共资金。
通过光伏发电可实现环境友好性：节省原生能源并减少二氧化碳的排放。
