Sonne

  • Text
  • Bild
  • Video
  • add2any

Die Sonne kann unsere Energieprobleme lösen. Schon um unser Klima zu retten, müssen wir uns von der maßlosen Verbrennung der fossilen Energieträger verabschieden. Diese Erkenntnis ist nicht neu, und die Diskussion wird schon fast über eine Generation geführt. Soll die nächste Generation tatsächlich in die Lage versetzt werden, die Sonne im großem Maßstab für die Energiegewinnung zu nutzen, müssen heute weltweit die politischen und technischen Voraussetzungen geschaffen werden. Die Frage ist nicht, ob das fossile Zeitalter vorbei ist, sondern ob wir den Umbau zum solaren Zeitalter schnell genug schaffen. Schnell genug heißt, bevor wir endgültig das Klima ruiniert haben.

Sonnenkollektoren einer 217 Kilowatt-Photovoltaik Anlage auf dem Dach der Union Bank Schweiz (UBS).

Es gibt mehr als genug nutzbare Sonneneinstrahlung, um unseren Energiebedarf durch Solarenergie zu decken. Die Aufgabe für die nächsten Jahre ist es, diese Energie intelligent zu nutzen. Eine vielversprechende Technologie für die Solarstromerzeugung ist die Photovoltaik. Für die Bereitstellung von Wärme für den Brauchwasser- und Heizungsbedarf auch in nördlicheren Regionen eignen sich Solarkollektoren.

Solarstrom (Photovoltaik)

Die Photovoltaik (PV) ist noch eine recht junge Technologie der Stromerzeugung, die in Deutschland bisher knapp ein Prozent des Stroms erzeugt. Sie ist zwar im Vergleich zu anderen Arten der Stromerzeugung noch recht teuer, die vielen Vorteile liegen aber auf der Hand: Die Solarstromerzeugung ist klimafreundlich, benötigt keine Brennstoffe, sie ist dezentral und lässt sich gut mit anderen Erneuerbaren Energien kombinieren. Seit Photovoltaik-Anlagen durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG, seit April 2000) gefördert werden, boomt die Solarstromerzeugung in Deutschland. In anderen Ländern, die eine EEG-ähnliche Einspeisevergütungsregelung eingeführt haben, ist derselbe Effekt zu beobachten.

Solaranlage (Photovoltaik) am Greenpeace-Lager. Eine Anzeige an dem Gebaeude zeigt die Menge der produzierten Energie an.

So funktioniert die Technik: Die Photovoltaik (PV) erzeugt aus Sonnenlicht Strom. Das Geheimnis dieser Umwandlung von Licht in Strom erklärt sich durch den sogenannten photovoltaischen Effekt, sprich die Wechselwirkung zwischen einstrahlendem Sonnenlicht und dotiertem, d.h. mit Fremdelementen verunreinigtem, Halbleitermaterial einer Solarzelle. Durch die Sonneneinstrahlung auf das Halbleitermaterial der Solarzelle werden Elektronen freigesetzt, negativ geladene Teilchen, die die Basis der Elektrizität darstellen. Das gebräuchlichste Halbleitermaterial in Photovoltaikzellen ist Silizium, das Element, das nach Sauerstoff am zweithäufigsten in der Erdkruste vorkommt. Alle PV-Zellen haben mindestens zwei Schichten solcher Halbleiter – eine positiv geladene und eine negativ geladene. Wenn Licht auf den Halbleiter fällt, erzeugt das elektrische Feld über die Verbindung dieser beiden Schichten einen Stromfluss. Der so erzeugte Gleichstrom lässt sich durch einen nachgeschalteten Wechselrichter in netztauglichen Wechselstrom umwandeln. Wichtigstes Element eines Solargenerators ist die Solar- oder Photovoltaikzelle. Mehrere Solarzellen werden zu einer elektrischen Einheit zusammengefasst, dem sogenannten Solarmodul.

Der Rappenecker Hof, die erste Gaststaette Deutschlands, die komplett durch eine Photovoltaik/Solar-Anlage versorgt wird. Sonnenkollektoren sind auf dem Dach angebracht.

Die wichtigsten Teile eines PV-Systems sind die Solarzellen, die die Grundbausteine darstellen, die Module, die mehrere Zellen zu einer Einheit verbinden, und mitunter die Wechselrichter, die die erzeugte Elektrizität in eine alltagsgebräuchliche Form umwandeln. Ein photovoltaisches System benötigt zum Betrieb nicht unbedingt direkte Sonneneinstrahlung und kann sogar an bewölkten Tagen Strom erzeugen. Wenn eine PV-Anlage mit einer Kapazität von 3 kWp (peak = Spitzenleistung) beschrieben wird, dann bezieht sich das auf die Produktion des Systems unter Standard-Testbedingungen, die einen Vergleich zwischen verschiedenen Modulen ermöglicht. In Mitteleuropa würde ein Solarstromsystem mit 3 kWp und einer Oberfläche von ungefähr 27 Quadratmetern genug Strom erzeugen, um den Bedarf eines energiebewussten Haushaltes zu decken.

Solar-Photovoltaik unterscheidet sich von Sonnenkollektorsystemen (s. unten), bei denen die Sonnenstrahlen verwendet werden, um Warmwasser zu erzeugen.

Es gibt unterschiedliche Photovoltaik-Systeme:

  • PV-Systeme mit Netzanschluss, die am häufigsten für Haushalte und Firmen in Industriestaaten verwendet werden. Der Anschluss an das örtliche Stromnetz ermöglicht den Verkauf von Strom an den Versorgungsbetrieb. Mit einem Wechselrichter wird der vom System produzierte Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt, mit dem übliche elektrische Geräte betrieben werden können.
  • PV-Systeme mit Netzunterstützung: Ein System kann an das örtliche Stromnetz und an eine Reservebatterie angeschlossen werden. Der Solarstrom, der nach dem Aufladen der Batterie noch übrigbleibt, wird an ein Energieversorgungsunternehmen verkauft. Dieses System ist ideal für den Einsatz in Gebieten mit unregelmäßiger Stromversorgung.
  • PV-Systeme ohne Netzverbindung: Man spricht hier auch von Inselsystemen. Vollkommen unabhängig vom Stromnetz wird dieses System über eine Ladekontrolle an eine Batterie angeschlossen, die die erzeugte Energie speichert. Typische netzunabhängige Anlagen sind Relaisstationen für Mobilfunktelefone oder der Ausbau ländlicher Stromnetze. Letzteres meint entweder kleine Solar-Inselysteme zur Deckung des Energiegrundbedarfs oder Mini-Solarnetze, die als größere Solarenergiesysteme den Energiedarf mehrerer Haushalte decken können.
  • Hybrid-System: Hybridsysteme sind kombinierte Systeme oder auch Techniken. Ein Solarsystem kann mit anderen Energiequellen – einem Biomassegenerator, einer Windturbine oder einem Dieselgenerator – kombiniert werden, um eine permanente Energieversorgung sicherzustellen.
Parabolrinnen-Kraftwerk in Kalifornien. Mit dem erhitzten Wasser wird Strom erzeugt.

Solarthermische Kraftwerke

In Ländern mit sehr hoher Sonneneinstrahlung wie Kalifornien, Spanien, Ägypten oder Marokko liefert die Sonne nicht nur mittels kleinerer PV-Dachanlagen oder etwas größerer PV-Freiflächenanlagen elektrischen Strom, sondern hier lässt sich sogar in großen Kraftwerken Solarstrom herstellen. Solarthermische Kraftwerke erzeugen Strom in ganz ähnlicher Weise wie konventionelle Kraftwerke. Der Unterschied liegt darin, dass sie ihre Energiezufuhr durch die Bündelung von Sonnenstrahlen erhalten und diese in Hochtemperaturgas oder -dampf umwandeln, mit dem eine Turbine oder ein Motor angetrieben wird. Große Spiegel bündeln Sonnenlicht in einen einzelnen Strahl oder Punkt. Die dort erzeugte Wärme wird zur Dampferzeugung verwendet. Dieser heiße Hochdruckdampf treibt wiederum Turbinen an, die Strom herstellen. In diesen Regionen können diese Solarkraftwerke einen großen Anteil an der Stromproduktion gewährleisten.

Vier Hauptelemente sind notwendig: ein Konzentrator, ein Empfänger, ein Transfermedium oder Speicher und die Stromumwandlung. Es sind verschiedene Systemtypen möglich, einschließlich der Kombination mit anderen erneuerbaren und nichterneuerbaren Technologien. Die drei vielversprechendsten solarthermischen Technologien sind die Parabolrinne (dieses Prinzip ist schon am weitesten entwickelt, und danach funktionieren die meisten Solarthermiekraftwerke in Kalifornien), der Zentralempfänger oder Solarturm und die Parabolschüssel.

Solarthermische Kraftwerke werden seit Mitte der 80er Jahre in den USA kommerziell genutzt. In Andalusien wird zurzeit ein 50 MW-Solarkraftwerk gebaut, mehr als ein Dutzend weitere solarthermische Kratwerke sind in Spanien in Planung, und in Deutschland entsteht im Forschungszentrum Jülich ein solarthermisches Forschungskraftwerk. Das Potenzial in den sonnenreichen Regionen wie dem Nahen und Mittleren Osten und Nordafrika ist riesig, wie die Studie Concentrated Solar Thermal Power - Now von Greenpeace International, der Europäischen Industrievereinigung für die Nutzung von Sonnenwärme (ESTIA) und dem SolarPaces-Projekt der Internationalen Energie-Agentur aus dem Jahr 2005 zeigt.

Solarenergie/Solarthermie, solarthermisches Kraftwerk erzeugt auf 2500 Quadratmetern Modulfläche insgesamt 1.6 Megawatt MW Solarenergie, ausreichend für 180 Haushalte, zusammen...

Sonnenkollektoren nutzen Solarwärme

Sonnenkollektorsysteme basieren auf einem uralten physikalischen Prinzip: Die Sonne erwärmt Wasser in einem dunklen Gefäß. Sonnenkollektoren sind Vorrichtungen zur Sammlung der im Sonnenlicht enthaltenen Energie. Eine schwarze Platte oder ein schwarzer Kasten, Absorber genannt, wandelt Lichtenergie in Wärme um und leitet sie über eine Flüssigkeit durch ein Rohrsystem weiter. Die modernen Sonnenkollektortechnologien sind effizient, hochzuverlässig und liefern Energie für eine breite Palette an Anwendungen von der häuslichen Warmwassererzeugung über Raumheizung in Wohn- und Geschäftsgebäuden, Schwimmbad-Beheizung, solarunterstützte Kühlung, industrielle Prozesswärme bis zur Entsalzung von Trinkwasser. Die Solarthemie wird am häufgsten genutzt, um Warmwasser für Haushalte zu produzieren. Je nach Bedingungen und Systemkonfiguration kann der Großteil der Wassererwärmung durch Sonnenenergie geleistet werden. Größere Systeme können zusätzlich einen wesentlichen Teil der für die Raumheizung benötigten Energie liefern.

Die wichtigsten Sonnenkollektor-Technologien sind:

  • Vakuumröhren: Eine schwarze Platte aus Kupfer, Aluminium oder Kunststoff in einer luftleeren Glasröhre nimmt Sonnenstrahlung auf und erwärmt die Flüssigkeit im Innern. Zusätzlich wird Strahlung vom Reflektor hinter den Röhren aufgenommen. In welchem Winkel auch immer die Sonne steht – die runde Form der Vakuumröhre lässt die Strahlen zum Absorber gelangen. Selbst an einem wolkigen Tag, wenn das Licht aus vielen Winkeln gleichzeitig einstrahlt, kann der Vakuumröhrenkollektor noch effektiv arbeiten. Vakuumröhrenkollektoren haben einen höheren Wirkungsgrad als Flachkollektoren und sind deshalb besonders gut für die Heizungsunterstützung in der kalten Jahreszeit geeignet.
  • Flachkollektoren: Dabei handelt es sich im Wesentlichen um einen Kasten, der wie ein Oberlicht auf dem Dach sitzt. Im Innern befindet sich eine Reihe von Kupferröhren, die mit Kupfernähten befestigt sind. Die gesamte Struktur ist mit einer schwarzen Substanz überzogen, um die Sonnenstrahlen einzufangen. Diese Strahlen erwärmen eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel, die zwischen dem Kollektor und dem Heizkessel des Hauses zirkuliert.
  • Absorbermatten: Freibäder nutzen eine noch einfache Technik: Da das Wasser nur in den Sommermonaten um wenige Grad erwärmt werden muss, müssen im Gegensatz zur Vakuumröhren- und Flachröhrentechnologie keine wärmedämmenden Materialien eingesetzt werden. Das Wasser wird durch schwarze Absorbermatten geleitet, die von der Sonne erwärmt werden.

Die größte Herausforderung bei solarthermischen Heizsystemen liegt auf der Hand: Wenn man es im Winter kuschelig warm haben möchte, scheint viel seltener die Sonne als im Sommer. Um die sommerlichen Solarthermiepotenziale nutzen zu können, muss man sie speichern. Das ist am einfachsten über unterirdische Tanks möglich, die über Nahwärmenetze mehrere Häuserblocks oder kleine Siedlungen versorgen. Voraussetzung ist allerdings eine gut gedämmte und energieeffiziente Bauweise der Häuser, damit der Wärmebedarf von vornherein gering ist. Solarthemische Anlagen lassen sich auch sehr gut mit anderen Heizsystemen auf der Basis von Gas oder Holzpellets kombinieren.

Solarkollektoren werden in Deutschland durch verschiedene Förderprogramme unterstützt. Wenn man eine Solarthermie-Anlage plant, sollte man sich vor dem Kauf einer Anlage unbedingt über die aktuellen Förderbedingungen informieren. Um der Solarwärmenutzung in Deutschland eine stabile Grundlage zu geben, brauchen wir eine ähnlich verlässliche Gesetzgebung wie sie das Erneuerbare-Energien-Gesetz für den Strombereich bietet auch für den Wärmebereich.

Greenpeace fordert:

  • Zügige Einführung eines regenerativen Wärmegesetzes
  • Fortschreibung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes
 

Publikationen zum Thema

Um PDFs zu betrachten, benötigen Sie einen PDF Reader.

Zum Thema in www.greenpeace.de

Zum Thema auf externen Websites



zum Anfang

Seite weiterempfehlen