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Solarthermie
Thermische Solaranlagen wandeln die Sonnenenergie in W�rme um, die beispielsweise füt die Warmwasserbereitung (Duschen, Waschen, Sp�len, Heizung, Schwimmbad-Erw�rmung) genutzt werden kann. Eine derartige Anlage besteht aus Kollektorfeld, Leitungssystem, Regler und Speicher.
Eine gut dimensionierte Anlage füt Ein- oder Zweifamilienh�user deckt den j�hrlichen 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 Kollektorfl�chen von 1,2 bis 1,5 m2 pro Person einzuplanen. Werden Vakuumr�hren verwendet, kann die Fl�che um 20 % verringert werden, weil der Wirkungsgrad h�her liegt.
Bei Gro�anlagen liegt die Deckungsrate meist niedriger (20 % bis 50 %). Derartige Anlagen sind eher füt die Vorw�rmung des Trinkwassers geeignet (Speichertemperatur 35 �C) und erzielen relativ hohe Nutzungsgrade.
Es gibt Flachkollektoren und Vakuum-R�hrenkollektoren. Beide Arten verf�gen über die sogenannten Absorber. Dies sind gut W�rme leitende Bleche (Kupfer oder Aluminium) mit einer schwarzen Beschichtung, die auf Tr�gerrohre aufgel�tet (Weichl�t-Verfahren) sind. Die schwarzen Bleche absorbieren die Sonneneinstrahlung und erw�rmen sich. Die W�rme wird dann durch die W�rmetr�gerfl�ssigkeit, die durch die Tr�gerrohre 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 Fl�che von 640.000 m2 neu errichtet. Im Folgejahr waren es rund 100.000 Anlagen mit einer Fl�che von 900.000 m2. Damit bel�uft sich die Gesamtfl�che auf etwa 1,9 Mio. m2 in 500.000 Solarw�rme-Anlagen.
Einsetzbar ist die Solarthermie in den verschiedensten Bereichen. Sie kann zur Heizung von Schwimmb�dern und Wohnungen, aber auch zur Erzeugung von K�lte 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 bew�lktem Himmel ist die Leistung verst�ndlicherweise geringer.
Im Jahr 1839 wurde der Fotoeffekt, das den Solarzellen zugrunde liegende Ph�nomen, von dem franz�sischen Physiker Alexandre-Edmond Becquerel entdeckt. Die fotovoltaische Zelle wurde jedoch erst um 1950 entwickelt. Seitdem werden Solarzellen beispielsweise füt die Raumfahrt, füt Taschenrechner, Uhren und Notrufs�ulen verwendet.
Die Technik sowohl füt Photovoltaik- als auch füt solarthermische Anlagen ist mittlerweile voll ausgereift, so dass teilweise füt PV-Anlagen Leistungsgarantien von bis zu 25 Jahren gegeben werden.
Funktionsweise:
Ein Photovoltaik-Generator besteht aus mehreren Solarmodulen. Je nach Gr��e 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 D�nnschicht-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 verf�gen. Allerdings ist der Bedarf an Silizium bei der Herstellung dieser kristallinen Zellen von allen Typen am gr��ten, da die ben�tigte Siliziumschicht recht dick ist.
Der Wirkungsgrad betr�gt 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 Schr�gd�chern sowie auf Flachd�chern montiert werden. Darüber hinaus besteht die M�glichkeit, Module anstelle von Dachziegeln ins Dach zu integrieren oder auch an Fassaden zu installieren.
Solarspiegel
Au�erdem besteht die M�glichkeit, Strom nicht über Siliziumzellen zu erzeugen, sondern durch B�ndelung erst zu konzentrieren. In Spiegelanlagen kann die Sonneneinstrahlung geb�ndelt werden und in Energiewandlern nutzbar gemacht werden.
Die Spiegel (Parabol-Rinnen) sind geformt, wie gro�e Regenrinnen, allerdings mit einem parabelfütmigen Querschnitt. Im Brennpunkt dieser Spiegel l�uft ein Rohr entlang, dass von �l durchstr�mt wird, welches erhitzt wird. Das bis auf 400 �C erhitztes �l flie�t zu einem W�rmetauscher, wo die Energie an Wasser abgegeben wird, das daraufhin verdampft und hohe Dr�cke erzeugt. Durch die Entspannung in Turbinen kann dann Strom erzeugt werden.
Eine andere Variante ist die Anordnung von leicht gekr�mmten 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 W�rmetauscher die Energie an einen Generator weiterleitet.
Das Turmsolarkraftwerk THEMIS 1 bei Targassonne in den franz�sischen Pyren�en hat beispielsweise 201 Spiegel mit jeweils 54 m2 Fl�che. Der Absorber befindet sich in 80 m H�he und die erzeugte elektrische Leistung bel�uft 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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