Energie aus der kraft der sonne

Direkte Nutzung der Sonnenkraft br / a) Photovoltaik

Mit der Photovoltaik wird Sonnenstrahlung und Licht mit Hilfe von Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt. Solarzellen wandeln die Strahlungsenergie der Sonne auf photoelektrischem Weg durch Freisetzen von Elektronen im inneren von z.B. Silicium in elektrische Energie um.
Solarfachleute in den USA haben berechnet, daß Solarzellen auf einem Dreihundertstel der Fläche der Vereinigten Staaten den gesamten Strombedarf der Nation liefern würde. Eine Studie des britischen Solarforschers Robert Hill ergab, daß in Großbritannien der gesamte Strom über Photovoltaik-Zellen produziert werden kann, wenn nur 10% der heutigen Gebäudeflächen mit Photovoltaik-Anlagen ausgestattet werden. Auf Neubauten sollten Solaranlagen nicht auf den Dächern und Fassaden angebracht werden, sondern als Dächer oder Fassaden.
Photovoltaische Systeme auf Basis kristallinen und amorphen Siliziums sind zwar bereits in größerem Umfang verfügbar, doch besteht noch ein erheblicher technischer Entwicklungsbedarf. Der Markt umfaßt heute im wesentlichen der Kleingerätebereich (Rechner, Uhren u.ä.), das netzferne Wohnen (Beleuchtung, Pumpen u.ä.), die netzferne kommerzielle Nutzung (Kommunikation, Signalanlagen u.ä.) und die netzgekoppelten Anlagen (Wohn- und Fabrikgebäude, Kraftwerke).

Die technische Weiterentwicklung konzentriert sich auf Fortschritte in der Elektrotechnologie, um höhere Wirkungsgrade und geringere Kosten zu erzielen. Dem sollen auch neue Materialien und kostengünstigere Herstellungsverfahren dienen.
Theoretisch lassen sich mit Solarzellen beliebige Spannungen und Stromstärken erzielen. Man braucht nur die einzelnen Module - wie bei Batterien - entsprechend hintereinander (höhere Spannung) oder parallel (höhere Stromstärke) zu schalten.
Der erzeugte Strom läßt sich in Batterien einspeisen, so daß er selbst dann zur Verfügung steht, wenn es dunkel ist. Ebenso kann der Solarstrom über Wechselrichter ins Netz eingespeist werden. In der Praxis ist der photovoltaisch erzeuge Strom allerdings noch so teuer und erfordert einen derart hohen Flächenbedarf, daß er bislang nur für spezielle Anwendungen im Schwachlastbereich in Frage kommt. Zum Beispiel sind Solarzellen ideale Stromerzeuger für Taschenrechner, Kopfhörer-Radios, elektrische Weidezäune, Meßstationen, Signaleinrichtungen und sonstige verbrauchsarme Elektronik. Auch Fernsehumsetzer werden mitunter schon mit ihnen betrieben.





b) Solarthermische Kraftwerke


Durch Spiegel gebündeltes Licht, das bei einigen Kraftwerkstypen mehrere tausend Grad erreichen kann, wird zur Erhitzung von einer bestimmten Flüssigkeit genutzt. Die Rinnenkollektoren sind hierbei am weitesten entwickelt und werden seit Jahren in Kalifornien eingesetzt. Die neuen Anlagen dieses Typs haben bereits einen Wirkungsgrad von 16%. Diese Kraftwerkstypen sind weltweit das Vorzeigeprojekt für solare Stromerzeugung.
Beispiele für Solarthermische und andere Sonnenkraftwerke.


c) Solarturmkraftwerke

Die Stromerzeugung in Solarturmkraftwerken befindet sich gegenwärtig noch im Entwicklungs- und Erprobungsstadium. In Solarturmkraftwerken reflektieren 182 Hohlspiegel, die auf computergesteuerte Heliostaten montiert sind, die Sonnenstrahlen und bündeln sie auf einen zentralen Strahlungsempfänger, der auf dem sog. Solarturm installiert ist.
Unter dem Hohlraum-receiver befindet sich ein Projektionsfeld auf das sich die Spiegel so einstellen lassen, dass das Sonnenbild sich exakt vereinigen lässt. Sobald das geschehen ist werden alle Spiegel um einen kleinen Winkel nach oben geschwenkt. Das Sonnenbild wandert in die Öffnung des Receivers und beginnt sein Innenleben aufzuheizen. Dort werden Wasser oder andere Wärmeträgermedien erhitzt. Der dabei entstehende Dampf kann in herkömmlichen Kraftwerken in Strom umgewandelt werden. Dieses Kraftwerk hat einen Wirkungsgrad von 16%.


d) Aufwindkraftwerk

Das Sonnenlicht kann das Foliendach fast ungehindert passieren. Am Boden wandelt es sich zu Wärme um. Das Dach ist bis auf ein großes Loch in der Mitte des "Vordachs" dicht. Hier kann die um 10-20°C erwärmte Luft ungehindert nach oben steigen. Allerdings nicht ins Freie, sondern in den 200m hohen Kamin. Nun setzt der 2.Antriebseffekt ein: die Sogwirkung des Kamins. Sein gesamter Rauminhalt wirkt wie ein Auftriebs- körper. Die leichtere Luft steigt nach oben wie ein Korken unter Wasser. Deswegen ist die Sogwirkung um so stärker, je höher der Kamin ist. Unten im Kamin, 10m über dem Boden treibt der Aufwind eine Turbine an, an die ein Generator zur Stromerzeugung angeschlossen ist.



















e) Sonnenfarm

Bei der Sonnenfarm heizt jeder Parabolspiegel in seiner Brennlinie Öl auf. Mulden- förmige Wannen mit exakt parabolischem Querschnitt sind mit Spiegelglas belegt. In der Brennlinie läuft ein schwarz gefärbtes Rohr, in dem ein Thermo-Öl erhitzt wird. An dem einen Ende fließt Öl mit 225°C hinein.

Von Pumpen angetrieben läuft es durch alle Kollektoren und kommt an dem anderen Ende auf 295°C erhitzt wieder heraus. Diese Wärmedifferenz kann jetzt mit Wärmetauschern genutzt werden.