HYDROGEIT - Der Wasserstoff-Guide

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Wissen / Erneuerbare Energien     



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Solarenergie
Solarthermie
Thermische Solaranlagen wandeln die Sonnenenergie in Wärme um, die beispielsweise für die Warmwasserbereitung (Duschen, Waschen, Spülen, Heizung, Schwimmbad-Erwärmung) genutzt werden kann. Eine derartige Anlage besteht aus Kollektorfeld, Leitungssystem, Regler und Speicher.

Eine gut dimensionierte Anlage für Ein- oder Zweifamilienhäuser deckt den jährlichen Warmwasserbedarf zu 50 % bis 65 %, im Sommer in der Regel zu 100 %. Bei einem mittleren Warmwasserverbrauch von 50 Litern pro Person und Tag (bei 45 °C) sind Kollektorflächen von 1,2 bis 1,5 m2 pro Person einzuplanen. Werden Vakuumröhren verwendet, kann die Fläche um 20 % verringert werden, weil der Wirkungsgrad höher liegt.
Bei Großanlagen liegt die Deckungsrate meist niedriger (20 % bis 50 %). Derartige Anlagen sind eher für die Vorwärmung des Trinkwassers geeignet (Speichertemperatur 35 °C) und erzielen relativ hohe Nutzungsgrade.
Es gibt Flachkollektoren und Vakuum-Röhrenkollektoren. Beide Arten verfügen über die sogenannten Absorber. Dies sind gut Wärme leitende Bleche (Kupfer oder Aluminium) mit einer schwarzen Beschichtung, die auf Trägerrohre aufgelötet (Weichlöt-Verfahren) sind. Die schwarzen Bleche absorbieren die Sonneneinstrahlung und erwärmen sich. Die Wärme wird dann durch die Wärmeträgerflüssigkeit, die durch die Trägerrohre zirkuliert, abtransportiert.
Mittlerweile umfasst die Solarthermie in Deutschland ein Marktvolumen von etwa 300 Mio. Euro im Jahr. Im Jahr 2000 wurden in Deutschland Module mit einer Fläche von 640.000 m2 neu errichtet. Im Folgejahr waren es rund 100.000 Anlagen mit einer Fläche von 900.000 m2. Damit beläuft sich die Gesamtfläche auf etwa 1,9 Mio. m2 in 500.000 Solarwärme-Anlagen.
Einsetzbar ist die Solarthermie in den verschiedensten Bereichen. Sie kann zur Heizung von Schwimmbädern und Wohnungen, aber auch zur Erzeugung von Kälte genutzt werden.

Photovoltaik
Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in Strom. Die Leistung eines Solargenerators wird in kWpeak (kWp) angegeben. Dieser Wert beschreibt die Leistung unter genormten Testbedingungen (1.000 W/m2 Einstrahlung, 25 °C Modultemperatur). Bei bewölktem Himmel ist die Leistung verständlicherweise geringer.

Im Jahr 1839 wurde der Fotoeffekt, das den Solarzellen zugrunde liegende Phänomen, von dem französischen Physiker Alexandre-Edmond Becquerel entdeckt. Die fotovoltaische Zelle wurde jedoch erst um 1950 entwickelt. Seitdem werden Solarzellen beispielsweise für die Raumfahrt, für Taschenrechner, Uhren und Notrufsäulen verwendet.
Die Technik sowohl für Photovoltaik- als auch für solarthermische Anlagen ist mittlerweile voll ausgereift, so dass teilweise für PV-Anlagen Leistungsgarantien von bis zu 25 Jahren gegeben werden.

Funktionsweise:
Ein Photovoltaik-Generator besteht aus mehreren Solarmodulen. Je nach Größe der Gesamtleistung können mehrere dieser Module (Einzelleistung etwa 150 W) in unterschiedlicher Anzahl kombiniert werden. Diese Module können mono- oder polykristallin aufgebaut sein oder in einer Dünnschicht-Technologie hergestellt werden. Fast alle Module bestehen aus hochreinem Silizium.
Dieses Element macht zwar 27,5 % der Erdkruste aus, aber es kommt dort nicht in reiner kristalliner Form vor, sondern vielmehr als Quarzgestein oder Quarzsand mit unterschiedlichen Verunreinigungen. Zur Herstellung von hochreinem Silizium (Reinheit 99,999999999 %) ist ein sehr hoher Energie-Einsatz notwendig, entsprechend teuer ist der Rohstoff.

Der Marktanteil kristalliner Zellentypen liegt weltweit bei rund 90 %, da sie über eine relativ lange Lebensdauer und eine relativ hohe Energieausbeute verfügen. Allerdings ist der Bedarf an Silizium bei der Herstellung dieser kristallinen Zellen von allen Typen am größten, da die benötigte Siliziumschicht recht dick ist.
Der Wirkungsgrad beträgt je nach Herstellungsart 5 bis 15 %. Aus diesem Grund und wegen der teuren Herstellung ist die Photovoltaik heute noch die teuerste Art, Strom aus Sonnenenergie zu erzeugen.
Die Module können auf Gestellen auf Schrägdächern sowie auf Flachdächern montiert werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Module anstelle von Dachziegeln ins Dach zu integrieren oder auch an Fassaden zu installieren.

Solarspiegel
Außerdem besteht die Möglichkeit, Strom nicht über Siliziumzellen zu erzeugen, sondern durch Bündelung erst zu konzentrieren. In Spiegelanlagen kann die Sonneneinstrahlung gebündelt werden und in Energiewandlern nutzbar gemacht werden.
Die Spiegel (Parabol-Rinnen) sind geformt, wie große Regenrinnen, allerdings mit einem parabelförmigen Querschnitt. Im Brennpunkt dieser Spiegel läuft ein Rohr entlang, dass von Öl durchströmt wird, welches erhitzt wird. Das bis auf 400 °C erhitztes Öl fließt zu einem Wärmetauscher, wo die Energie an Wasser abgegeben wird, das daraufhin verdampft und hohe Drücke erzeugt. Durch die Entspannung in Turbinen kann dann Strom erzeugt werden.
Eine andere Variante ist die Anordnung von leicht gekrümmten Spiegeln (Heliostaten), die beweglich angebracht sind. Sie sind so ausgerichtet, dass sie einfallende Sonnenstrahlen zu einem zentralen Punkt an der Spitze eines Turmes spiegeln. Dort befindet sich ein so genannter Receiver, in dem ein Medium (z. B. Luft, Wasserdampf, Natrium, Salzschmelze) erhitzt wird und über ein Wärmetauscher die Energie an einen Generator weiterleitet.
Das Turmsolarkraftwerk THEMIS 1 bei Targassonne in den französischen Pyrenäen hat beispielsweise 201 Spiegel mit jeweils 54 m2 Fläche. Der Absorber befindet sich in 80 m Höhe und die erzeugte elektrische Leistung beläuft sich auf 2,5 MW.



Einen guten Überblick über erneuerbare Energien und Effizienz-Steigerung verschafft das bereits in 2. Auflage erschienene Buch von Dipl.-Ing. Sven Geitmann:

Erneuerbare Energien - Mit neuer Energie in die Zukunft


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