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Schule > Physik > Thermodynamik > Solarenergie als alternative Energie

Solarenergie/Sonnenenergie

Die Sonne ist die größte und ergiebigste Energiequelle die den Menschen zur Verfügung steht. Sie liefert enorme Energiemengen in Form von Strahlungsenergie. An einem Tag spendet die Sonne die 15.000-fache Menge an Primärenergie des täglichen Bedarfs der gesamten Erdbevölkerung; mit Solarkraftwerken die 3% (270.000qm²) der Fläche der Sahara einnehmen, könnte man den Energiebedarf von ganz Europa und Afrika decken. Nach den einmaligen Investitationskosten für die Anschaffung und den Bau einer Solaranlage, fallen keine weiteren Kosten für andere Kraftstoffe an. Obwohl Solaranlagen sehr umweltfreundlich sind, sind für deren Herstellungen teilweise große Energiemengen erforderlich.
Die direkte Nutzung der Sonnenenergie erfolgt durch Sonnenkollektoren. Sonnenkollektoren fangen die Energie der Sonne in Form von Strahlung auf (wobei bei manchen Kollektortypen die Sonnenstrahlen vorher noch gebündelt werden müssen), die so eingefangene Energie wird durch thermische oder photovoltaische Prozesse nutzbar gemacht, das heißt in elektrischen Strom umgewandelt. Bei der thermischen Nutzung wird durch die Sonnenenergie ein Gas oder eine Flüssigkeit erwärmt, die dann gespeichert oder verteilt wird. Bei der photovoltaischen Nutzung wird Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt (siehe Photovoltaik).

Verschiedene Arten von Sonnenkollektoren:
1.Nichtfokussierende Sonnenkollektoren
So genannte nichtfokussierende Sonnenkollektoren fangen Sonnenstrahlen auf einer Absorberplatte ein, in die von einem Wärmeträgermedium Rohre integriert sind. Das Trägermedium (Flüssigkeit oder Luft), das durch die Rohre strömt wird durch Wärmeübertragung von der Absorberplatte aufgeheizt. Nichtfokussierende Sonnekollektoren benutzen im Allgemeinen ein oder mehrere optisch transparente Deckplatten, die den Wärmeverlust der Absorberplatte reduzieren und so die größtmögliche Energieausbeute ermöglichen. In der Regel weisen sie einen Wirkungsgrad von 40-80% auf und können die Trägerflüssigkeit auf bis zu 82°C erhitzen.
Diese Art der Sonnenkollektoren wird vor allem zur Erwärmung von Wasser und zur Heizung von Wohnräumen eingesetzt, und zu diesem Zweck üblicherweise auf Dächern montiert.
2.Fokussierende Sonnenkollektoren
Um Klimaanlagen, zentrale Stromerzeugung und zahlreiche industrielle Wärmeanwendungen zu betreiben reichen die in nichtfokussierenden Sonnenkollektoren erzeugten Temperaturen der Trägerflüssigkeit nicht aus. Einen höheren Wirkungsgrad erzielen hier die komplexeren und teueren fokussierenden Sonnekollektoren. Dabei wird die Sonnenstrahlung von einem oder mehreren Hohlspiegeln reflektiert und in einem Strahlungsempfänger aufgefangen. Durch die Konzentration wird die Intensität der Sonnenenergie verstärkt, wobei im Strahlungsempfänger Temperaturen bis mehrere 100°C oder gar 1000°C erzielt werden (siehe Solarturmkraftwerke).

Verschiedene Arten von Solaranlagen:

1.Solarturmkraftwerke
Die Stromerzeugung mit Hilfe von so genannten Solarturmkraftwerken befindet sich noch im Entwicklungs –bzw. Erprobungsstadium. In den Kraftwerken reflektieren Hohlspiegel, die auf Heliostaten* aufgebaut sind Sonnenstrahlen, und bündeln diese auf einem zentralen Strahlungsempfänger der auf einem Solarturm installiert ist. Dort werden Wasser (oder andere Wärmeträgermedien) erhitzt und der dabei entstehende Dampf wird in herkömmlichen Kraftwerken in elektrischen Strom umgewandelt. Das erste Solarturmkraftwerk befindet sich in den französischen Pyrenäen und wurde am 25.01.77 in Betrieb gesetzt.
*Heliostaten = Brennspiegel die sich nach der Sonne richten.

2.Photovoltaik
Als Photovoltaik bezeichnet man Solarzellen, die aus dünnen Scheiben von kristallinem Silicium, bzw. anderen Halbleitern wie zum Beispiel Galliumarsenid bestehen. Sie können Sonnenstrahlen direkt in Elektrizität umwandeln, sind aber auf Grund ihres hochtechnologischen Standards oft noch zu teuer für die private Stromerzeugung. Jedoch werden sie teilweise schon wirtschaftlich eingesetzt, unter anderem bei der Stromversorgung von einzelnen Haushalten oder ganzen Ortschaften die aus verschiedenen Gründen nicht an das Stromnetz angeschlossen sind. Auch bei der Stromerzeugung dezentraler oder mobil genutzter Geräte wie Taschenrechner, Bojen, Uhren sowie in der Raumfahrt, bei Wasserversorgungs- systemen und in der Telekommunikation setzten sich die Solarzellen immer mehr durch. Der Markt für Photovoltaik wächst weltweit pro Jahr um etwa 15%.

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