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Schule > Physik > Thermodynamik > Kraftwerke und Energiegewinnung > Alternative Energiequellen (Windenergie / Wasserkraft / Sonnenenergie)

alternative Energiequellen

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
2. Das Erneuerbare- Energien- Gesetz
3. Windenergie
3.1 Einleitung
3.2 Entstehung von Winden
3.3 Nutzung der Windenergie
3.4 Windenergie in Deutschland
3.4.1 Windenergie schafft Arbeitsplätze
3.5 Physik der Windenergie
3.6 Pro und Contra der Nutzung
4. Wasserkraft
4.1 Was ist Wasserkraft
4.2 Möglichkeiten zur Wasserkraftnutzung
4.2.1 Laufwasserkraftwerk
4.2.2 Speicherkraftwerke
4.2.3 Gezeitenkraftwerke
4.2.4 Pumpspeicherkraftwerke
4.3 Turbine oder Wasserrad
4.3.1 Wasserturbine
4.3.2 Wasserrad
4.3.3 Vergleich
4.4 Der Itaipu-Damm in Brasilien
4.5 Pro und Contra der Nutzung
5. Sonnenenergie
5.1 Die Sonne
5.2 Die Nutzung
5.3 Speicherung der Sonnenenergie
5.4 Potenzial der Sonnenenergie
5.5 Pro und Contra der Nutzung
6. Fazit

1. Einleitung

Die Bevölkerungszahl und die sich entwickelnde Technik wächst konstant an, dies hat zur Folge das immer mehr Energie benötig wird.
Seit jeher hat die Menschheit auf der Suche nach neuen Energien große Energiequellen entdeckt und ausgebeutet (z.B. fossile Brennstoffe wie: Kohle, Erdöl und Erdgas).
Doch die natürlichen Ressourcen sind nicht unerschöpflich!!!
Ihr Vorkommen wird schon in ca. 38 Jahren aufgebraucht sein.
Weiterhin regen Konflikte über die Ressourcen (z.B.: erst die Ölkrise in den 70er Jahren, Kriege um Öl, wie zum Bsp. der Golfkrieg) zum Nachdenken über die Energiepolitik an.
Deshalb ist man seit einigen Jahren auf der Suche nach alternativen (regenerierbare) Energiequellen, um die Energiegewinnung zu optimieren, die natürlichen Ressourcen zu schonen und die Umwelt zu schützen.
So konnte 2006 durch alternative Energiequellen in Deutschland die Freisetzung von rund 101 Millionen Tonnen klimaschädlichem Kohlenstoffdioxid (CO2) verhindert werden.
Zu den alternativen Energiequellen gehören z.B.: Wasserkraftenergie, Kernenergie, Windkraftenergie, Solarenergie, Erdwärme und Biogas.
Dabei möchten wir näher auf die Windkraftenergie, Wasserkraftenergie und Solarenergie eingehen.

2. Das Erneuerbare- Energien- Gesetz (EEG)

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz vom 21. Juli 2004 verpflichtet die Stromnetzbetreiber dazu, vorrangig Strom aus erneuerbaren Energien abzunehmen und dafür einen festgelegten Preis zu zahlen.
Somit ist das EEG zu einem beispielhaften und erfolgreichen Instrument geworden.
Die Ziele des EEG liegen darin, dass Deutschland bis zum Jahre 2020 mindestens 20 % des Stromes aus erneuerbaren Energiequellen bezieht.
Bis Mitte dieses Jahrhunderts soll sogar 50 % des genutzten Stromes aus erneuerbaren Energiequellen stammen.

3. Windenergie

3.1 Einleitung
Um die Gewinnung der Energie durch den Wind erklären zu können Müssen erst ein Paar Grundlagen zur Windenergie und zur Entstehung der Winde erläutert werden.
Windenergie ist die kinetische Energie der bewegten Luftmassen der Atmosphäre, sie ist eine indirekte Form der Sonnenenergie. Der Vorteil der Windenergie liegt darin das diese nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich ist. Im Altertum war diese Art der Energie bereits bekannt und wurde auch genutzt um mechanische Arbeit zu verrichten z.B. in vorm von Windmühlen.

3.2. Entstehung von Winden
Es gibt verschiedene Gründe warum Windkraft entstehen kann. Durch die ungleichmäßige Einstrahlung der Sonnenenergie auf die Erdoberfläche erfolg ein Wärmeaustausch, dadurch entstehen unterschiedliche Temperatur und damit auch Druckunterschiede. Der selbe Effekt entsteht dadurch das immer eine Seite der Erde der Sonne abgewannt ist. Ebenso ist die solare Einstrahlung an den Polen geringer als am Äquator was wieder einen Temperaturunterschied und damit auch einen Druckunterschied zur Folge hat. Der Druckausgleich bewegt nun die Luftmassen zwischen den Äquator und den Polen und zwischen Nacht und Tagseite. Die Folge daraus sind Winde, die nun auch durch die Rotation der Erde verwirbelt werden, es entwickeln sich Hoch- und Tiefdruckgebiete. Da die Erde sich dreht, sind die vom Hoch- in ein Tiefdruckgebiet fließenden Luftmassen dem Einfluss der aus der Rotation resultierenden Corioliskraft ausgesetzt, die Corioliskraft gehört zu den Schein- oder Trägheitskräften, sie wirkt auf jeden Körper, der sich in einem rotierenden Bezugssystem bewegt. Durch diese Kraft strömen die Winde nicht geradlinig.

3.3. Nutzung der Windenergie
Seit Jahrhunderten wurde die Windenergie vom Menschen für seine Zwecke genutzt.
Ins Besondere als zur Fortbewegung mit Segelschiffen oder Ballons oder auch zur Verrichtung mechanischer Arbeit mit Hilfe von Windmühlen und Wasserpumpen. Nach der Entdeckung der Elektrizität und der Erfindung des Generators kann die Windenergie nun auch zur Erzeugung des elektrischen Stromes verwendet werden. Bei der Erzeugung von elektrischen Strom durch Windenergie wird das Konzept der Windmühle abgewandelt, statt kinetischen Energie des Windes in mechanische Energie umzuwandeln wird mittels Generator diese in elektrischen Energie transformiert. Die Stromgewinnung verläuft nach demselben Prinzip wie ein Fahrraddynamo. Seit der Ölkrise der 1970er Jahre ist das Interesse nach alternativen Energie stark gestiegen was zur Folge hatte das sich nun auch die Forschung verstärk mit den Thema Windenergie beschäftigt und uns heute eine moderne Nutzung der Windenergie ermöglicht. Natürlich wird der Wind nicht ausschließlich zur Stromerzeugung genutzt. Eine der ältesten Möglichkeiten Wind zu nutzen ist als Antrieb von Segelschiffen, es zählt neben Zugtieren zu den ältesten Antriebssystemen von Verkehrsmitteln für Menschen. Im Jahre 2007 wurde das erste Containerschiff mit einem Lenkdrachen der Firma Skisails ausgerüstet. Das Windsurfen, Kitesailing und Strandsegeln beruhen auf dem gleichen Prinzip. Auch Segelflugzeuge nutzen den Wind bzw. die Thermik die indirekt von Windströmungen abhängig ist.

3.4. Windenergie in Deutschland
Windenergie ist natürlich abhängig von den landschaftlichen Begebenheiten und den technischen Fortschritt des Landes. International gehört Deutschland vor Spanien, den USA und Indien zu den Verbrauchern mit der höchsten Nutzung an elektrischer Energie die durch Windkraft erzeugt wird. Das Deutschland eine solche Internationale Stellung einnimmt liegt auf der einen Seite an der Landschaftlichen begeben aber auch an der strikt durchgeführten Umweltpolitik. Im Jahre 2005 wurde laut der IHK Emden
71% des Stromverbrauchs im Kammerbezirk Ostfriesland-Papenburg mit Windenergie gedeckt. Deutsche Technologien (neben dänischen und spanischen Entwicklungen) wurden daher in den letzten Jahren auch verstärkt in anderen Märkten eingesetzt. Dadurch ist der Exportanteil deutscher Hersteller im Steigen begriffen.

3.4.1. Windenergie schafft Arbeitsplätze
Durch die Windenergie wird die Wirtschaft in Deutschland enorm angekurbelt nicht nur das die Branche rund 70.000 Menschen mit der Planung und den Bau von Windkraftanlagen in ihren Betrieben beschäftigt es macht Deutschland auch Unabhängiger von anderen Lieferanten. Die Zahl der Beschäftigten soll sogar bis 2020 auf 112.000 Arbeitsplätzen ansteigen. Damit stellt die Windenergie den größten Teil der rund 170.000 Arbeitsplätze, die inzwischen im Bereich der erneuerbaren Energien geschaffen wurden. Um eine Vorstellung der Tragweite zu bekommen kann man sich den Verbrauch an Rohstoffen anschauen, so verbraucht die deutsche Windkraft-Industrie etwa 750.000 Tonnen Stahl pro Jahr; das ist fast drei Mal so viel wie der Schiffbau benötigt. Deutschland ist ein großer nutzer der Windenergie so ist es nicht verwunderlich das allein fünf der weltweit führenden Getriebezulieferer für Windkraftanlagen in Nordrhein-Westfalen sitzen: so die Bochumer Maschinenfabriken Eickhoff GmbH und Jahnel-Kestermann GmbH & Co. KG, die Bosch Rexroth AG (ehem. Lohmann + Stolterfoht) in Witten, die Renk AG in Rheine und der Weltmarktführer Winergy AG in Voerde, eine 100prozentige Tochter der A. Friedr. Flender GmbH mit Hauptsitz in Bocholt.

3.5. Physik der Windenergie

Energie des Windes
Eine Windkraftanlage wandelt die kinetische Energie des Windes in mechanische und dann in elektrische Energie um. Die kinetische Energie wird durch die Rotorblätter in mechanische Energie und durch den Generator in elektrische Energie umgewandelt.

Jede bewegte Masse m (Körper, Flüssigkeit oder Gas) enthält eine Energie E (die so genannte kinetische Energie oder Bewegungsenergie) die zur Masse m und zur Quadrat der Geschwindigkeit v proportional ist. Sie ist gleich der Hälfte der Masse des Körpers mal dem Quadrat der Geschwindigkeit v:
E=0,5 * m * v²
Für Windkraftanlagen ist die bewegte Masse die Luft die durch die Rotorfläche strömt.
Um die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umzuwandeln muss zuerst die kinetische Energie in mechanische Energie gewandelt werden, die danach in elektrische Energie umgewandelt wird. Dieser erste Schritt wird durch den Rotor der Windkraftanlage realisiert. Für diese Umwandlung gibt es zwei Prinzipen: das Widerstandsprinzip und das Auftriebsprinzip. Beim Widerstandsprinzip schiebt der Wind sich unter eine Fläche A quer zu seiner Richtung und es entsteht eine Kraft die die Fläche bewegt, die Widerstandskraft. Bei modernen Windkraftanlagen werden die Blätter durch das Auftriebsprinzip bewegt. Die Antriebskraft ist die Auftriebskraft.
Die Fläche der Oberseite eines Flugzeug-, Hubschrauber- oder Windkraftanlagen-Flügels ist größer als die der Unterseite. Da die Länge größer ist muss sich die Luft an der Oberseite schneller bewegen als die an der Unterseite was zu einer gleichmäßigen und möglichst schnellen Bewegung führt.
3.6. Pro und Contra der Nutzung von Windenergie

Pro:
Windenergie ist eine unerschöpfliche Energie.
Sie ist sauber, wirtschaftlich und zukunftsorientiert.
Arbeitsplätze werden durch den Bau von Windparks gesichert und geschaffen.
Windenergie trägt zur Stabilisierung der der Energiepreise bei.

Contra:
Das Landschaftsbild wird durch die Windräder zerstört.
Die Geräuschentwicklung ist störend für die Anwohner.
Wind ist nicht beständig.
Die Herstellung von Windrädern ist sehr teuer.

4.Wasserkraft

4.1. Was ist Wasserkraft?
Wasserkraft wird auch als Hydroenergie bezeichnet und zählt zu den regenerativen oder erneuerbaren Energiequellen.
Strömungsenergie von fließendem Wasser wird mit geeigneten Maschinen in mechanische Energie umgesetzt. Früher wurde mit Mühlen die Wasserkraft direkt genutzt, heute wird sie in Wasserkraftwerken zu elektrischer Energie umgewandelt.
Durch Ausnutzung beim Nach-unten-Fließen des Wassers wird potentiellen Energie (Energie eins Körpers aufgrund seiner Position oder Lage) in kinetische Energie (aufgrund der Bewegung) und Wärme umgewandelt.
Knapp 18 % der weltweit erzeugten elektrischen Energie wird durch Wasserkraft gewonnen und liegt somit fast gleich auf mit der Kernkraft.
Wasserkraft zählt derzeit zur Einzigen erneuerbaren Energiequelle, welche nennenswert zur Versorgung der Erdbevölkerung beiträgt.
Weiterhin besteht ein großes Wachstumspotential der Wasserkraft in anderen Ländern.
In den Ozeanen der Erde befinden sich ca. 97,6 % des gesamten Wassers der Erde. Davon verdunsten jede Sekunde ca. 14 Millionen m³ und kommt als Regen auf die Erde zurück. Fallen die Niederschläge oberhalb der Meereshöhe (Europa liegt etwa 300 m über Null) entsteht ein zusätzliches Potential, welches man zur Gewinnung von Energie nutzen kann. Jedoch sind geographisch gesehen sind die Wasserkräfte ungleichmäßig verteilt (in Ländern der 3. Welt findet man rund 2/3 des nutzbaren Potentials). Das Potential an Wasserkraft wird in Europa zu ca. einem Drittel ausgenutzt. In Norwegen werden 99 %, in Island 94 %, in Österreich 72 %, in der Schweiz 58 %, in Frankreich 16 % und in Deutschland 3,5 % des Stromes aus Wasserkraft gewonnen. Dabei lässt sich die geringe Nutzung der Wasserkraft in Deutschland auf die Topographie zurückführen.

4.2. Möglichkeiten der Wasserkraftnutzung

Es gibt vier Möglichkeiten Wasserkraft zu nutzen:
1. durch Laufwasserkraftwerke
2. durch Speicherkraftwerke
3. durch Gezeitenkraftwerke
4. durch Pumpspeicherkraftwerke

4.2.1. Laufwasserkraftwerke
Der größte Teil der Wasserkraft in Deutschland wird durch Laufwasserkraftwerke genutzt. Es gibt rund 590 solcher Kraftwerke in Deutschland. Zusammen haben sie eine Leistung von rund 2600 MW (entspricht der Leistung von vier Kohlekraftwerken). Laufwasserkraftwerke nutzen mit einem Wirkungsgrad von ca. 94 % die Kraft des fließenden Wassers in Flüssen. Das mittels Wehranlagen aufgestaute Wasser wird durch Turbinen in den unteren Flusslauf geleitet.

4.2.2. Speicherkraftwerke
Der Höhenunterschied zwischen höher gelegenem Staubecken und tiefer gelegenem Krafthaus wird von Speicherkraftwerken genutzt.
Große Wassermengen werden durch Staudämme oder Staumauern gespeichert.
Dabei wird das tiefer gelegene Krafthaus durch einen Druckstollen und einen Druckschacht mit Wasser versorgt und produziert somit Strom. Solche Triebwege können durch offen liegende oder unterirdische Rohrleitungen verlaufen.
Rund 60 solcher Speicherkraftwerke gibt es in Deutschland. Bei einer Leistung von insgesamt ca. 240 MW sind sie nicht für den Dauerbetrieb sondern für den Einsatz bei Lastspitzen (kurzzeitige Leistungsnachfrage im Stromnetz) ausgelegt.

4.2.3. Gezeitenkraftwerke
Gezeitenkraftwerke nutzen wie der Name schon sagt die Wasserkraft in den Gezeiten. Dabei ist ein ausreichender Tidenhub (Unterschied zwischen dem Scheitelpegel einer Flut und dem untersten Pegelstand einer Ebbe). Dabei werden Mündungstrichter mit einen Damm abgesperrt. Durch den Gezeitenrhythmus, welcher sich täglich um ca. 50 Minuten verschiebt, verschiebt sich auch der Zeitpunk der vollen Leistungsfähigkeit der Gezeitenkraftwerke. Dabei wird eine Turbine bei Flut von einströmendem Wasser, und bei Ebbe durch den Rücklauf des gestauten Wassers angetrieben.

4.2.4. Pumpspeicherkraftwerke
Die Arbeitsweise der Pumpspeicherkraftwerke ist der der Speicherkraftwerke sehr ähnlich. Dabei wird die Turbine über Wasser eines höher gelegenen Stausees angetrieben. So gelangt das Wasser in einen unteren, meist natürlichen Speichersee. Im Gegensatz zu Speicherkraftwerken haben die weiter oben gelegenen Stauseen meist keinen natürlichen Zufluss, da das Wasser aus dem unteren Becken mittels elektrischer Energie hinaufgepumpt wird. Das Hinaufpumpen kostet dabei mehr Energie als erzeugt wird. Das Umwandeln von elektrischer zu potentieller Energie und wieder zurück ist jedoch sinnvoll, da nachts der Strombedarf gering ist und die Kapazitäten aus der Grundlast genutzt werden können. Mittags und abends, zu sogenannten Spitzenlastzeiten, wird die Turbine aus dem Wasser des Oberbeckens angetrieben um die Energie wiederum in elektrische zu wandeln. Somit sind Pumpspeicherkraftwerke zur Deckung der Spitzenlast unentbehrlich geworden.
Solche Kraftwerke haben einen Wirkungsgrad von ca. 75 %, d.h. es müssen 1,3 kWh Strom aufgebracht werden, um 1 kWh Strom zu erzeugen. Die Leistung die solche Kraftwerke erreichen, liegt bei ca. 1100 MW.

4.3. Turbine oder Wasserrad?

4.3.1. Wasserturbine
Wasserturbinen machen die Kraft des Wassers nutzbar, indem die potentielle bzw. kinetische Energie die Turbine in Drehung versetzt und in mechanische Energie umgewandelt wird. Dabei kann die Drehung der Turbinenwelle einen Generator antreiben, welcher die Rotationsenergie in elektrischen Strom umwandelt.
Turbinenformen

Francis-Turbine:
Francis-Turbinen sind universell einsetzbar und somit am weitesten verbreitet. James B. Francis konstruierte diesen Turbinentyp 1849. Diese Turbinen können einen Wirkungsgrad von ca. 90 % erreichen. Heutige Francis-Laufräder bringen eine Leistung von über 700 MW.
Durch ein schneckenförmiges Rohr („Spirale“) gelangt das Wasser in die Turbine. Die Schaufeln des Leitapparats können die Leistung der Turbinen regulieren. Das die Francis-Turbinen auch als Pumpen eingesetzt werden können ist ein großer Vorteil, so wird sie häufig in Pumpspeicherkraftwerken eingesetzt.

Kaplan-Turbine:
Der österreichischen Ingenieur Viktor Kaplan entwickelte aus der Francis-Turbine Anfang der 20er Jahre die Kaplan-Turbine. Sie ist ideal für geringe Wasserdrücke bei großen Durchflussmengen. Kaplan-Turbinen erreichen einen Wirkungsgrad von rund 80- 95 %. Sie wird häufig in Laufkraftwerken eingesetzt.

Pelton-Turbine:
Der amerikanische Ingenieur Lester Pelton konstruierte 1880 die Pelton-Turbine (Freistrahlturbine), welche ausschließlich nach dem Aktionsprinzip arbeitet (Nutzung der potentiellen Energie des Wassers). Die Pelton-Turbine wird in häufig in Hochgebirgen für Speicherkraftwerke eingesetzt.
Typ Pelton-Turbine Francis-Turbine
Kaplan-Turbine Einsatzbereich Speicherkraftwerke Speicherkraftwerke Laufkraftwerke Fallhöhe in m 200 - 2000 10 - 700 0 - 30 Durchflussmenge 4 - 15 m3/s 4 - 55 m3/s 4 - 350 m3/s
(Tabelle aus: “ http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph09/umwelt_technik/06wasser/turbine.htm“ )

4.3.2. Wasserrad
Wasserräder nutzen die potentielle bzw. kinetische Energie des Wassers um Arbeitsmaschinen (z.B. Generatoren) anzutreiben. Der größte Unterschied zwischen Wasserrädern und Wasserturbinen liegt darin dass Wasserräder, auch ohne nennenswerte Einbußen beim Wirkungsgrad, mit stark schwankenden Wassermengen laufen.

4.3.3. Vergleich von Wasserrädern und Wasserturbinen
Wasserräder Turbinen Maschinendaten Drehzahl sehr langsam hoch Drehmoment hoch gering Leistung bis ca. 25 KW 1 KW bis ca.
700 KW Wirkungsgrad bis ca. 75 % bis ca. 95 % Raddurchmesser groß klein Gewässerdaten Fallhöhe 0,25m bis ca.10m 0,6m bis 1800m Gefälle geringes Gefälle hohes Gefälle Wassermenge beschränkt beliebig
(ab Q*h > 6) Verunreinigung wenig empfindlich empfindlich Stau nicht notwendig notwendig
(Tabelle aus: “Scriptum zur Lehrveranstaltung BAUPHYSIK II“ Rev. 1.0 vom 24.April 2003)

4.4. Der Itaipu-Damm in Brasilien
Zwischen der Grenze Brasiliens und Paraguays liegt das weltweit größte Wasserkraftwerk, der Itaipu-Damm. 1995 deckte es mit einer Leistung von 12600MW 25 % des Strombedarfs in Brasilien und 78 % des Strombedarfs in Paraguay. 30000 Arbeiter waren von 1975 bis 1982 mit dem Bau des 20-Milliarden-US-Dollar-Kraftwerks beschäftigt. 18 Turbinen wurden in den 196 Meter hohen und fast 8 Kilometer langen Damm eingebaut. Dabei fast das Staubecken ca. 29 Millionen Kubikmeter Wasser.

4.5. Pro und Contra der Nutzung von Wasserkraft

Pro:
Wasser ist in sehr großen Mengen vorhanden.
Die Umwandlung in elektrische Energie geschieht Emissionsfrei.
Wasserkraft hat einen hohen Wirkungsgrad (ca. 90 %).
Wasserkraftwerke haben eine hohe Lebensdauer.
Es kommen einfache Technologien zum Einsatz.
Die Betriebskosten sind relativ gering.
Wasserkraftwerke können relativ einfach gewartet und bedient werden.
Die Anlagen sind sehr schnell betriebsbereit.
Es besteht die Möglichkeit der Energiespeicherung.

Contra:
Die Errichtung solcher Anlagen ist sehr teuer.
Der Abstand zwischen Verbraucherzentren und günstigen Wasserkraftstandorten ist häufig zu groß.
Die Energieerzeugung ist unregelmäßig.
Das Anlegen solcher Anlagen ist ein erheblicher Eingriff in die Natur.
Anderweitig nutzbare Flächen und wichtige Lebensräume werden gestaut.
Siedlungen müssen für die Errichtung solcher Anlagen umgesiedelt werden.
Der Geschiebe- und Wasserhaushalt wird gestört.
Der Lebensraum von Wanderfischen wird unterbrochen und stark eingeschränkt.

5. Sonnenenergie

5.1. Die Sonne
Die Sonne ist für das Leben auf der Erde essentiell. Sie ist Lichtspender, erwärmt den Boden, die Meere und die Atmosphäre, steuert Wetter und Klima. Die Sonne liefert Energie für das Pflanzenwachstum und damit für alles Leben. Schon von Anbeginn der Menschheit wurde die Sonne als Lebensspender hoch geschätzt. Man beobachtete sie, ihre Bewegungen ihren täglichen Gang und besondere Vorkommnisse wie z.B. Sonnenfinsternissen, die erste dokumentierte Sonnenfinsternis registrierte man 753 v. Chr. in Babylonien.
Die Sonne besteht aus mehreren Schichten. Die sichtbare Sonnenoberfläche nennt man Photosphäre, auf ihr kann man eine körnige Struktur beobachten die so genannte Granulation. Über der Photosphäre liegt eine weitere, sehr dünne Schicht, die Chromosphäre. Auf dieser liegt wieder eine sehr dünne aber sehr heiße Schicht die Korona auf ihr herrschen Temperaturen von einigen Millionen Grad. Die Strahlung der Sonne auf die Erde ist nahezu konstant. Durch die Kernfusion in der Sonne zwischen den Protonen der Wasserstoff Atome entsteht Gammastrahlung. Die Gammastrahlung wird in der Strahlungszone durch zahlreiche Teilchen absorbiert und emittiert, d.h. aufgenommen und wieder ausgesandt. So wird die hochenergetische Gammastrahlung in andere elektromagnetische Wellen wie z.B. sichtbares Licht, Infrarot-, Röntgen- oder Ultraviolettstrahlen umgeformt. In der Konvektionszone wird bei niedriger Temperatur und Druck das Gas erwärmt, das dann in Gasblasen an die Oberfläche steigen kann. Die Energie wird wenn sie dann an der Oberfläche ist in Form von der verschiedenen Strahlen mit Lichtgeschwindigkeit in den Weltraum abgegeben. Nach etwa 8 Minuten ist das Licht dann auf der Erde angekommen.

5.2. Nutzung
Die Sonnenergie ist der Grundbaustein für das Leben auf der Erde so ist auch die meist verbreitete Nutung die Photosynthese der Pflanzen. Alles Lebewesen leben entweder direkt oder indirekt von der Sonnenergie. Da die Sonne aber ein solches Energiepotential hat ist es nur logisch das die Menschen die solare Energie auch zur Stromerzeugung nutzen wollen und machen. Bei Ihr wird mit Hilfe von Photovoltaik elektrischer Strom so genannter Solarstrom hergestellt. Die Wandlung in thermische Energie durch so genannte Sonnenkollektoren ist die weltweit meistverbreitete technische Nutzung der Sonnenenergie. Die Sonnenergie ist sehr Umweltfreundlich und zählt zu den regenerativen Energiequellen. Sie wird in vielen Ländern gefördert und betriebe, in Deutschland beispielsweiße durch as EEG (Erneuerbare- Energien- Gesetz. Theoretisch könnte man auch die Windenergie, die Energie des Wassers, Biomasse und biogene Gase als Solarenergie bezeichnen da diese durch natürliche physikalische oder biologische Prozesse umgewandelte Sonnenergie nutzen.

5.3. Speicherung der Sonnenergie
Die solare Einstrahlung ist eine nicht voraussehbare Größe. Der Wechsel zwischen Tag und Nach, natürliche Bewölkung, Kondensstreifen sowie abgase oder Schwebeteilchen erscheren das voraussagen der lokalen Einstrahlung. Um also eine kontinuierliche Energieversorgung gewährleisten zu können ist es notwendig die Energie zu Speicher und auf andere Energiequellen zuzugreifen. Solarthermische Anlagen verwenden in der Regel Wärmespeicher. Dies reicht in der Regel aus während der Schlechtwetterperiode für ausreichend Wärme zu sorgen. Langzeitspeicher, die sommerliche Wärme in den Winter übertragen, sind technisch möglich, aber noch teuer; sie sind meist Forschungsprojekte. In Kraftwerken die sich auf solarthermische Energiegewinnung spezialisiert haben wird durch Spiegel konzentrierte Sonnenenergie genutzt, um Hitze zu erzeugen und Dampfturbinen anzutreiben. Wärmespeicher (z.B. Flüssigsalztanks) können einen Teil Wärme (mit geringen Verlusten) aufnehmen, um kurzfristige Bedarfsschwankungen auszugleichen oder die Dampfturbine nachts antreiben.
Solarstrom ist speicherbar doch leider nur mit Verlusten. Da sich aber die Kraftwerke in einen Netz ergänzen kann hier abgeholfen werden.

5.4. Potenzial der Sonnenenergie
Die Sonne ist der größte uns bekannte Energielieferant, sie liefert pro Jahr eine Energiemenge von etwa 3,9 · 1024 J das entspricht 1018 kWh auf die Erdoberfläche, dies entspricht etwa dem 10.000-fachen des Energiebedarfs der Menschheit. Die Zusammensetzung des Sonnenspektrums, die Sonnenscheindauer und der Winkel, unter dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche fallen, sind abhängig von Uhrzeit, Jahreszeit und Breitengrad. Damit unterscheidet sich auch die eingestrahlte Energie. Diese beträgt beispielsweise etwa 1.000 kWh pro Quadratmeter und Jahr in Mitteleuropa und etwa 2.350 kWh pro Quadratmeter und Jahr in der Sahara. Im Großen und Ganzen wäre es möglich im Verbund mit anderen alternativen Energiequellen den bedarf der Menschheit zu decken.

5.5. Pro und Contra der Nutzung der Sonnenenergie

Pro:
Sonnenenergie ist unbegrenzt verfügbar.
Bei der Sonnenenergienutzung wird kein Feinstaub freigesetzt und es entstehen keine Treibhausgase.
Die Erforschung, Entwicklung etc. der Sonnenenergie schafft Arbeitsplätze.
Viele kleine Anlagen verringern das Risiko eines Ausfalls, so können die Reservekapazitäten verringert werden.
Energiepolitische Abhängigkeit wird verringert.

Contra:
Die Herstellungskosten sind sehr hoch.
Für Solarzellen ist viel Fläche erforderlich.
Silizium muss in einem aufwendigen Verfahren hergestellt werden da es nicht rein zur Verfügung steht.
Durch Solarzellen ist keine effiziente Energiegewinnung gewährleistet.
Die Lebensdauer der Solarzellen beträgt derzeitig nur 30 Jahre.
Die Energiespeicherung ist nur in Batterien möglich.
Die Stromkosten für photovoltistischen Strom sind noch zu hoch.

6. Fazit

In nicht allzu langer Zeit werden die fossilen Brennstoffe aufgebraucht sein und man muss andere Möglichkeiten finden Energie zu gewinnen. Da bietet es sich an auf unerschöpfliche Ressourcen zurückzugreifen, wie Wind-, Wasser- und Sonnenenergie. Diese werden schon teilweise genutzt um die Ausbeutung der fossilen Brennstoffe entgegen zu wirken.
Um die Ausbeutung weiter zu steigern müssen effizientere Technologien entwickelt werden.
Deshalb muss die Forschung auch in anderen Ländern vorangetrieben werden. Doch das passiert nur mithilfe guter Zusammenarbeit und einer einheitlichen internationalen Energiepolitik. Theoretisch ist es möglich den Energiebedarf der Menschheit durch alternative Energien zu decken, wenn diese im Verbund genutzt werden. Leider geht das Umdenken nur schleppend voran, da sich auch Großkonzerne der Öl- und Kohlebranche dagegen sträuben. Doch das Verdienen von Geld durch Öl und Kohle wirkt dem umdenken entgegen.

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