Die Nutzung der Solarenergie

Die Nutzung der Solarenergie – Die Sonne ist ein wichtiger Energielieferant der Zukunft

Grundlegendes:
Die durch Kernfusion in der Sonne erzeugte Energie ist nach menschlichen Maßstäben als unendlich zu betrachten. Teile dieser Energie gelangen, in Form von elektromagnetischen Wellen, auf die Erde. Durch die Atmosphäre wird ein Teil der Solarenergie Energie bereits abgefangen, gespeichert, reflektiert oder direkt in Wärme umgewandelt. Die verbleibende, auf der Erdoberfläche auftreffende Solarenergie, könnte durch Photovoltaik zur Energiegewinnung für den menschlichen Bedarf genutzt werden. Die Menge der theoretisch nutzbaren Solarenergie entspräche etwa dem 5000 fachen des gesamten Energiebedarfes der Menschheit. Diese Energiequelle für den Menschen in großem Stil effizient nutzbar zu machen ist die Herausforderung an jede Solaranlage der Zukunft.

Entwicklungsgeschichte:
Die Solarenergie kann durch eine Solaranlage mittels Photovoltaik für den Menschen verfügbar gemacht werden. Entdeckt wurde der, in der Photovoltaik – Technik genutzte fotoelektrische Effekt, bereits 1839 durch den französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel. Albert Einstein konnte den Effekt erstmals 1905 richtig erklären und wurde dafür später mit dem Nobelpreis geehrt. Erst 1955 wurde der Effekt der Photovoltaik – Technik erstmals sinnvoll für Telefonverstärker genutzt. Der erste Weltraumeinsatz einer Solaranlage zur Stromerzeugung entstand durch die Satellitentechnik. Die Weltraumforschung gab auch die entscheidenden Impulse zur Weiterentwicklung der Photovoltaik – Technik und führte letztlich zu dem technischen Level, der heute in einer Solaranlage genutzt wird.

Wie kann die Solarenergie einer Solaranlage genutzt werden?
Eine Solaranlage kann die durch Photovoltaik gewonnene Energie in Netzwerke einspeisen oder als Insellösung verwenden. Eine „Inseleinheit“ für die Nutzung der Solarenergie aus einer Solaranlage wäre beispielsweise ein moderner Parkscheinautomat. Ein Beispiel für die Speicherbarkeit der Solarenergie bei einer Insellösung sind ebenso die modernen Gartenleuchten. Die Solaranlage auf den Hausdächern ist seltener eine Insellösung. Eine Solaranlage im Privathaushalt dient in der Regel sowohl zur Einspeisung der Energie das öffentliche Netz als auch zum Eigenverbrauch. Um in das öffentliche Netz einspeisen zu können, muss die Gleichspannung durch einen Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt werden. Jede aus Solarenergie durch die Solaranlage eingespeiste kWh – Strom bekommt der Haushalt vergütet.

Kraftwerksanlagen müssen konstant den Energiebedarf decken.
Das Problem in klimatischen Zonen wie Deutschland flächendeckend Solarenergie mit der Photovoltaik – Technik einzusetzen, hat verschiedene Ursachen. Zunächst ist die Zwischenspeicherung der Energie vom Zeitpunkt der Gewinnung zum Zeitpunkt der Nutzung nicht ganz unproblematisch und vor allem teuer. Gerade dann, wenn viel Energie gebraucht wird, – nachts und im Winter – liefert die Photovoltaik – Technik die geringste Solarenergie. Es muss praktisch alles aus dem Energiepuffer gespeist werden. Auch sind die Sonnenstunden nicht ganzjährig konstant. Auch der Plan Energie in der Sahara zu gewinnen und nach Europa zu leiten ist nicht unproblematisch. Lange Zuleitungsnetze müssten geschaffen werden, um die Energie nach Europa zu bringen. Die Voraussetzungen selbst, für den Einsatz der Photovoltaik – Technik in der Sahara, wären jedoch deutlich besser.

Solarthermische Kraftwerke
Die Photovoltaik – Technik ist nicht die einzige Möglichkeit Solarenergie sinnvoll zu nutzen. Solarfarmkraftwerke gehen einen anderen Weg. Zunächst wird das Sonnenlicht durch die, sich nach dem Stand der Sonne ausrichtenden, Reflektorflächen auf den Absorbern gebündelt. Die Solaranlage besteht natürlich aus einer großen Anzahl von Sonnenkollektoren, die zu einem großen Kollektorfeld zusammengeschaltet werden. Im Kollektorfeld des Solarfarmkraftwerkes wird ein wärmeaufnahmefähiges Medium, zum Beispiel Wasserdampf oder Thermoöl erhitzt. Je nach Trägerstoff und Verfahren können dabei Temperaturen von 390 °C – 500 °C erreicht werden. Mit dem heißen Wasserdampf, direkt oder indirekt erzielt, lassen sich Dampfturbinen betreiben. Die an die Turbinen angeschlossenen Generatoren liefern nun den Strom aus der Solarenergie.

Das Zentralreceiverkraftwerk oder auch Solarturmkraftwerk.
Auch beim Solarturmkraftwerk wird nicht mit der Photovoltaik – Technik zur Erzeugung der elektrischen Energie in der Solaranlage gearbeitet. Der durch die Solarenergie erzeugte Strom stammt, ähnlich wie bei Solarfarmkraftwerken, aus dem Antrieb eines Generators über eine Dampfturbine. Um die Sonnenenergie zu sammeln, richtet sich eine Vielzahl von Spiegeln (Heliostate) automatisch aus. Ihre Ausrichtung ist so gesteuert, dass die gesamte eingefangene Energie auf einen Punkt konzentriert wird. Dieser Punkt ist der zentrale Absorber. Diese Technik hat den Vorteil im Vergleich zum Solarfarmkraftwerk, dass eine höhere Hitze durch die Bündelung – bis zu mehreren Tausend Grad – erzielt werden kann. Die optimal handhabbare Temperatur liegt bei 1300 °C, so ist der Wirkungsgrat natürlich deutlich verbessert.

Die Solarenergie aus Solarfarmkraftwerken und Solarturmkraftwerk zu gewinnen bringt den Vorteil mit sich, dass vielfach auf bereits vorhandene, konventionelle Technik zurückgegriffen wird. Das „Rad“ muss also nicht komplett neu erfunden, sondern es muss lediglich verändert werden. Die Anlagen lassen sich oft als Ergänzung in konventionellen Stromkraftwerken installieren. In Anbetracht der Ereignisse in Japan könnte dies einen entscheidenden zeitlichen Vorteil bringen