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Referat - Solarenergie

Thema: Solarenergie
Inhalt: Von Thermische Solaranlagen bis ereuerbare Energien.
 
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Solarenergie

Energiepotential der Sonne:

In weniger als einer halben Stunde strahlt die Sonne mehr Energie auf unseren kleinen blauen Planeten, als die Menschheit in einem ganzen Jahr verbraucht. 
Der jhrliche Primrenergieverbrauch betrgt derzeit immerhin ca. 100 Mio. GWh. 
Tendenz: schnell steigend.
Neben Energiesparen und rationeller Energienutzung, durch deren Anwendung allein schon bis zu 50% des Energiebedarfs eingespart werden knnen, stellt die Sonnenenergie somit ein unerschpfliches Potential an Energie zur Verfgung. 
Neben der Solarenergie gibt es noch zwei weitere Energieformen, die nach menschlichem Ermessen nicht auszuschpfen sind: Gravitationsenergie und Geothermie.
Die Solarenergie allein stellt jedoch schon so viele Mglichkeiten in der Energie- und Rohstoffversorgung zur Verfgung, dass die beiden anderen Varianten der erneuerbaren Energieformen wohl auf absehbare Zeit nur eine untergeordnete Rolle spielen werden.
Die Einstrahlung an solarer Energie betrgt auf der ganzen Welt 1000 Watt pro qm (Globalstrahlung). Unterschiedlich ist jedoch die Zusammensetzung des Sonnenspektrums, die Sonnenscheindauer und der Winkel unter welchem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberflche fallen.
Deshalb unterscheidet sich auch die eingestrahlte Energie zwischen 1000 kWh pro qm und Jahr (Mitteleuropa) und z.B. 2200 kWh pro qm und Jahr (Nordafrika).
Dies bedeutet aber nicht, dass es sich in unseren Regionen nicht lohnen wrde die Kraft der Sonne zu nutzen. Auf Deutschland strahlt die Sonne jedes Jahr das 200fache unseres Primrenergieverbrauchs.

 >> Diese Karte veranschaulicht die Verteilung  
der jhrlich eingestrahlten Energiemenge:   

berblick ber Erneuerbare Energien:
 
> Direkte Sonnenenergie (Solarstrom und Solarwrme)
> Indirekte Sonnenenergie (Windenergie, Wasserkraft,       Wellen- und Gezeitenenergie
> Die letzten drei als Wechselspiel von Gravitations- und    Sonnenenergie-)
> Gespeicherte Sonnenenergie (Biomasse, Pflanzenle,    Biogas -fest, flssig, gasfrmig-)
   aber auch Erdwrme (Stromerzeugung und Fernwrme)
 
 
Einige Vorteile solarer Energiebereitstellung:
 
> Unabhngigkeit von fossilen und atomaren Energietrgern
> Strom- und Wrmeerzeugung ohne schdliche Auswirkungen auf Klima und Umwelt.
> Dezentrale Strukturen ersparen Energieverluste
> Dezentrale Technik macht unabhngig von groen Versorgern und erleichtern den    Einstieg
> Kurze solare Energiewandlungsketten sind wirtschaftlicher die langen fossilen und    atomaren
> Groes Arbeitsplatzpotential
 
Erneuerbare Energien knnen heute nach technischen Gesichtspunkten die fossilen und atomaren Energien ablsen. Einzig der Wille zum Umstieg fehlt.
 
Wrde man, was zwar Unsinn, aber theoretische machbar wre, in der Sahara eine Flche von 700 x 700 km mit einem Wirkungsgrad von nur 10% nutzen, so knnte man den heutigen Gesamtweltenergiebedarf damit decken. (siehe Grafik)
 

 
Eine Flche von 700 x 700 km wrde bentigt,
um den heutigen Weltenergiebedarf zu decken.
Angenommen ist dabei ein Wirkungsgrad der
Solarfarmen von 10%

 

 

 

Thermische Solaranlagen

Sonnenkollektoranlagen zur:

Warmwasserbereitung - Heizung - Schwimmbadwassererwrmung.

Etwa 50 % des Energiebedarfs der Bundesrepublik Deutschland (hnliches gilt fr sterreich und die Schweiz) werden zur Bereitstellung von sogenannter Niedertemperaturwrme, also Wrme bis 100C, gebraucht. Diese Niedertemperaturwrme wird hauptschlich zur Brauchwasserbereitung und zum Heizen eingesetzt. In diesen Bereichen hat die Sonnenenergie gute Chancen, mittels der Kollektortechnik einen immer grer werdenden Anteil an der Energieversorgung zu erreichen.
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1. Vom Gartenschlauch zum Vakuum-Hochleistungskollektor

Das Herzstck einer solchen Anlage zur Gewinnung von Wrme ist der Sonnenkollektor: Jeder kennt den einfachsten Kollektor, den man sich vorstellen kann, und hat dessen Leistungsfhigkeit an heien Sommertagen schon oft mit Erstaunen bewundert: In einem einfachen Gartenschlauch, der auf einer Wiese ausgebreitet ist, erwrmt sich das darin befindliche Wasser ohne weiteres auf Temperaturen von 50 - 60 C. Ursache dafr ist die im berfluss vorhandene Sonnenenergie. Das Prinzip, das dahinter steckt, ist bei einem Gartenschlauch hnlich wie bei einem Hochleistungskollektor.
 
Das Kernstck eines jeden Sonnenkollektors ist der Absorber, der mit einer speziellen schwarzen Farbe beschichtet ist und die Aufgabe hat, die Strahlung der Sonne in Wrme umzuwandeln. Diese Wrme muss durch einen Wrmetrger, Wasser oder Frostschutzgemisch, abgefhrt werden. Als Absorber verwendet man entweder Rohre (z.B. Gartenschlauch) oder Lamellen aus Metall, zwischen die ein Rohr eingepresst wurde (siehe Abbildung).
Der Unterschied zwischen einem Gartenschlauch und einem Hochleistungskollektor besteht vor allem in drei Punkten:

 
1.
Der Gartenschlauch ist nach auen hin nicht isoliert, so dass ein groer Teil der absorbierten Sonnenenergie nicht an das Wasser im Schlauch, sondern an die Luft um den Schlauch abgegeben wird.
 
2.
Die einfache schwarze Farbe des Gartenschlauchs wandelt im Gegensatz zu einer Spezialbeschichtung einen geringeren Anteil der Sonnenstrahlung in nutzbare Wrme um.
 
3.
Der Absorber eines richtigen Sonnenkollektors befindet sich hinter Glas in einer "Strahlenfalle" (hnlich wie bei dem Treibhauseffekt).
 

In der Praxis kommen verschiedene Sonnenkollektoren zum Einsatz:

Kunststoffabsorber ohne Isolation
Flachkollektoren
Vakuumflachkollektoren
Vakuumrhrenkollektoren

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2. Aufbau einer Sonnenkollektoranlage

Das Prinzip einer jeden Sonnenkollektoranlage ist, dass eine Wrmetrgerflssigkeit durch den Sonnenkollektor fliet und dabei die durch Umwandlung der Sonnenstrahlung entstandene Wrme aufnimmt. Das warme Wasser wird in einem isolierten Behlter gespeichert und kann spter bei Bedarf genutzt werden.

Die drei wichtigsten Typen von Solaranlagen sind:

Anlagen mit Druckspeicher
Anlagen mit drucklosem Speicher
Schwerkraftanlagen

Whrend Solaranlagen mit drucklosem Speicher in erster Linie fr Selbstbauanlagen in Frage kommen, da dies die Kosten betrchtlich senkt, werden Schwerkraftanlagen in Mitteleuropa nur relativ selten gebaut, weil hierfr die baulichen Voraussetzungen oft nicht gegeben sind. Sie haben zwar den Vorteil, dass auf eine elektrische Umwlzpumpe verzichtet werden kann, da das warme Wasser von alleine in den Behlter aufsteigt, doch muss der Speicher oberhalb des Kollektors installiert werden, was nicht immer problemlos mglich ist. Wie auf der Skizze zu sehen ist, hat man als Verbindung von dem Sonnenkollektor zum Speicher einen geschlossenen Kreis, so dass das Frostschutzgemisch, das durch den Sonnenkollektor fliet, mit dem erwrmten Wasser, das spter aus dem Wasserhahn kommt, nicht in Berhrung kommt.
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3. Einsatzgebiete fr Sonnenkollektoren

Schwimmbadwassererwrmung
Brauchwasserbereitung
Heizung/Heizungsuntersttzung

Komponenten zur Schwimmbadwassererwrmung, Brauchwasserbereitung und Heizung sind heute sehr ausgereift und garantieren einen zuverlssigen Betrieb einer wohl durchdachten und gut gebauten Anlage. So ermglicht es eine Solaranlage in einem Freibad, auf die Erwrmung des Schwimmbadwassers mit Fremdenergie ganz zu verzichten und das Wasser nur mit der umweltfreundlichen Sonnenenergie zu heizen. Es ist nur schwer nachvollziehbar, warum immer noch so wenige Freibder mit kostenloser Sonnenenergie beheizt werden, obwohl sich solche Anlagen in wenigen Jahren amortisieren und von der Technik her unkompliziert sind.

hnlich zuverlssig arbeiten Anlagen zur Brauchwasserbereitung. Im Sommerhalbjahr liefert eine Solaranlage 90 - 100 % des bentigten Warmwassers und ermglicht so das Abschalten der Heizung, die - wenn sie nur zur Warmwasserbereitung luft - mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad arbeitet. Im Jahresdurchschnitt deckt eine Sonnenkollektoranlage 60 - 70 % des Warmwasserbedarfs.
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4. Heizen mit Sonnenenergie

Ein Gebiet, auf dem die Bundesrepublik Deutschland ein totales Entwicklungsland ist. Wie die umweltfreundliche Sonnenenergie zum Heizen von ganzen Siedlungen eingesetzt werden kann, sieht man im "sonnenverwhnten" Schweden. Dort, sowie in anderen nordischen Lndern, hat man auf diesem Gebiet Pionierarbeit geleistet und gezeigt, dass es mglich ist, die Wrmeenergie fr Heizung und Brauchwasser schon heute zu 65 - 70 % mit Sonnenenergie zu gewinnen.
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5. Planung und Dimensionierung von Solaranlagen

Die Planung und der Bau von Solaranlagen kann, wie viele Beispiele belegen, problemlos durch handwerklich begabte Menschen erfolgen. Es empfiehlt sich aber, nicht nur die entsprechende Literatur zu lesen, sondern auch, sich eine bereits gebaute Anlage anzusehen und mit dem Besitzer ber dessen Erfahrungen zu sprechen. Die Sonnenkollektoren sollten mit einem Neigungswinkel von ca. 45 Grad in Richtung Sden aufgebaut werden. Steht kein Hausdach mit dieser Sdausrichtung zur Verfgung, so kann dieser Nachteil entweder durch eine etwas vergrerte Kollektorflche oder durch Installation der Kollektoren im Garten (siehe Foto) ausgeglichen werden. Was die Gre der bentigten Kollektorflche betrifft, so geht man bei einem durchschnittlichen Tagesverbrauch von ca. 50 Liter/Person davon aus, dass 1,6 - 1,8 m2/Person gengen. (Bei Abweichung von der Sdausrichtung entsprechend mehr). Das Speichervolumen sollte im Falle eines Druckspeichers bei ca. 100 Liter/Person liegen.
 
 

6. Kosten und Wirtschaftlichkeit

Obgleich eine Solaranlage nicht nur durch einfache Kostenvergleiche mit konventionellen Systemen beurteilt werden darf, die Kosten von Umweltschden durch die Verwendung von l, Gas, Kohle und Uran sind schlielich im Energiepreis nicht enthalten, spielen die Kosten fr den Einzelnen natrlich eine groe Rolle.

Eine ausgereifte Solaranlage zur Warmwasserbereitung fr einen 4-Personen-Haushalt kostet heute zwischen 3000 und 4000 Euro (ohne Montagekosten). Diese Kosten knnen durch staatliche Frderprogramme stark gesenkt werden, so dass eine Sonnenkollektoranlage durchaus sehr kostengnstig errichtet werden kann. Die Hhe der Frderung ist regional sehr unterschiedlich.

 

Das Online Lexikon zu Solarenergie
Das Online Lexikon zu Photovoltaik-Anlagen
News und Berichte aus der Branche erneuerbare Energien
Viele Informationen rund um Solaranlagen
Die Webseite der Bundesregierung zu erneuerbaren Energien
Umfangreiches Leitprogramm zu Strom aus Licht
Erneuerbare Energien - Zahlen und Fakten
Entwicklung regenerativer Energien
Greenpeace über erneuerbare Energien in Deutschland


Bilder Thema: Solarenergie
Fach: Physik
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