Sonnenenergie

1. Gebiete zur effizienten Nutzung

a) National

National gesehen werden Solaranlagen am effizientesten, im Süden aufgestellt. Da dort jährliche Sonneeinstrahlung am längsten ist und die direkte Einstrahlung der Sonne überwiegt. Aber auch im Norden der BRD können Solaranlagen bereits effizient eingesetzt werden, obwohl dort der diffuse Anteil überwiegt.

b) Global

Global gesehen baut man Solaranlagen am besten in den Wüsten unserer Erde auf. Da es dort nur direkte Einstrahlung der Sonne gibt und die Sonneneinstrahldauer am längsten ist. Um Solaranlagen auch außerhalb von Wüsten effizient Nutzen zu können, bleibt man am besten in einem Gebiet von 40onördlicher bzw. südlicher Länge.

c) Ausrichtung

Die Sonnenkollektoren oder Solarzellen richtet man besten möglichst senkrecht zur Sonne aus. Da die Sonne über den Tag jedoch dauernd ihren Standort ändert, ist es am besten wenn man die Solaranlagen auf beweglichen Gestell anbringt. Da dies zu erheblichen Kosten führt, ist es bei größeren Solaranlagen nur rentabel, wenn man diese in Wüsten oder am Äquator anbringt. Da dort die Sonne dauernd senkrecht auf die Erde scheint und somit die Solaranlagen nicht gedreht werden müssen.

d) Politischer Stellenwert (Energiepolitisch)

In Deutschland werden Solaranlagen ziemlich gefördert. So bekommt man z. B. zinsfreie oder zinsgünstige Darlehens von Staat. Es gibt auch ziemlich hohe Subventionen vom Staat, damit die Nutzer von Solaranlagen, keine finanziellen Nachteile, gegenüber Nutzern von normalen Heizungen haben.

e) Stellenwert bei Strom Großkonzernen

Einer der größten Strom Anbieter, die RWE, macht trotz Liberalisierung des Stromnetzes ihren "Klein Lieferanten" von Strom das Leben schwer. So ist es laut Greenpeace für "Klein Lieferanten" von der RWE fast unmöglich zu einer anderen Stromgesellschaft zu wechseln. Zudem bietet die RWE auch keinen angemessenen Preis für den Strom, trotz gesetzlicher Vorschrift.

2. Sonnenkollektoren

a) Aufbau

Ein Solarkollektor funktioniert folgendermaßen:

Die Sonnenstrahlen treffen durch eine Glasscheibe hindurch auf die schwarzen Wärmeabsorber. Sie erhitzen sich, und die Wärmeenergie kann nicht wieder heraus. Die Solarkollektoren sind gut isoliert. Zur Isolierung verwendet man meistens Mineralwolle oder Schaumstoffe. Durch die Glasscheibe kann zwar das Sonnenlicht, nicht jedoch die Wärmeenergie hindurch. Das in den Absorberröhren erhitzte Speichermedium (meistens Wasser) fließt nun in einem Kreislauf in das Netz des Hauses zurück. Es werden Temperaturen von bis zu 70 Grad erreicht. Wenn das noch zu kalt ist kann man die Heizung zur weiteren Erwärmung nutzen. Sie wird dennoch deutlich entlastet.

b) Nutzungsgrad

Bei heutigen Sonnenkollektoren, die um einiges komplizierter Aufgebaut sind als oben beschrieben, wird schon ein Nutzungsgrad von bis zu 85% erreicht.

c) Hauptsächliche Anwendungsgebiete

Hauptsächlich werden Sonnenkollektoren immer noch privat genutzt. Jedoch zieht der Staat auch immer mehr mit Öffentlichen Gebäuden nach. So werden z. B. immer mehr Frei Bäder mit Sonnenkollektoren ausgestattet um das Wasser (z.B. für Duschen) aufzuheizen. Da diese Einrichtungen im Winter nicht benutzt werden, ist die Heizung fast überflüssig geworden.

3. Photovoltaikanlagen

a) Aufbau

Eine Solarzelle besteht aus einem Halbleitermaterial (meist Silizium), das auf beiden Seiten mit einem Fremdelement verunreinigt ist. Es entsteht auf der oberen (Sonnenzugewandten) Seite eine dünne negativ geladene Schicht (Elektronenüberschuß) und auf der anderen Seite eine dickere positiv geladene Schicht (Elektronenmangel). In der Mitte zwischen den beiden Ladungen entsteht eine Sperrschicht (pn-Übergang). Es ist eine Zone mit Ladungsmangel,

weil alle Ladungsträger nach außen gezogen werden. Oben und unten werden Kontakte aus Leitern an das Silizium angelegt. Fällt Sonnenlicht auf das derart veränderte Material, werden Elektronen durch einstrahlende Photonen (Lichtquanten, Sonnenstrahlen) angeregt. Die Photonen "übergeben" ihnen die nötige Austrittsenergie (Ionisierungsenergie) und zusätzlich kinetische Energie. Die Elektronen kommen zum Leiter und die bestehende Spannung zieht sie über die Elektroden, durch einen Verbraucher in die p-Schicht (Positiv dotierte Schicht) Dann diffudieren die Elektroden wieder aus der p-Schicht in die n-Schicht.

b) Nutzungsgrad

Laut neusten Information vom Frauenhofer Institut, haben die neusten Solarzellen aus

FZ-Silicium eine Effizient von etwa 23%, aus Cz-Silicium von etwa 21%, aus mc-Silicium von etwa 17% und Kristalline Silicium Dünnschicht Solarzelle von etwa 19%.

Wasserstoffanlagen

Es gibt verschiedene Methoden wie Wasserstoffanlagen funktionieren. Ich möchte die Funktionsweise am Beispiel der Solarfram SEGS erläutern. Riesige Spiegelrinnen, geformt wie überdimensionierte Schaufeln, sammeln das Sonnenlicht ein. Sie sind in langen parallelen Reihen aufgestellt und entsprechend dem Standort der Sonne beweglich aufgehängt. Damit wird Öl erwärmt, das mit etwa 400 Grad Celsius in einem Rohrsystem die Spiegel mit einem Kraftwerksblock verbindet. Über einen sogenannten Wärmetauscher gibt das aufgeheizte Öl seine Energie in einen Dampfkreislauf ab, an dem eine konventionelle Turbine hängt. Dieser Strom wird dann für die Aufspaltung von Wasserstoff genutzt.

ca) Nutzungsgrad

Der Nutzungsgrad solcher Anlagen ist momentan noch sehr gering. Da die Herstellung des Stromes noch sehr teuer ist. Die effizient liegt bei etwa 1%.

cb) Zukunft

Wasserstoff ist laut Meinung vieler Wissenschafter der Energieträger der Zukunft. Da bei der Verbrennung nur Wasser entsteht, ist er auch nicht Umweltschädlich. Außerdem hat auch die Industrie schon erste Projekte mit Wasserstoff Brennzellen gestartet (z.B. Daimler-Crysler den Necar II, ein Auto das mit Wasserstoff fährt).

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