Alternative Energiequelle Zur Kernenergie: Die Sonne?

Alternative Energiequelle zur Kernenergie: Die Sonne?

Die Menschen in den hochindustrialisierten Staaten begannen in den letzten Jahren, ihre Einstellung zur Umwelt, zu den Rohstoffen und zu den Energiereserven zu Ð"¤ndern. Die grÐ"¶Ð"ÑŸte Gefahr fÐ"јr die Zukunft der Menschheit ist unsere falsche, umweltzerstÐ"¶rende Energiepolitik. Statt Energie umweltfreundlich aus Sonne, Wind, Wasser und Biomasse zu gewinnen, benutzen wir umweltfeindliche Energiequellen. Mit Ð"-l, Gas und Kohle schaffen wir uns ein lebensfeindliches Treibhausklima. Und Atomkraftwerke sind allein dadurch, dass sie dastehen, lebensgefÐ"¤hrlich.

Aus dieser Problematik heraus, angespannt durch die steigenden Energiekosten und Risiken in der Atomenergie, bemÐ"јhen sich verantwortungsbewuÐ"ÑŸte Techniker, mit Energie sparsamer umzugehen und die vorhandenen Energiequellen effektiver nutzbar zu machen. Ganz besonders bemÐ"јht man sich in Europa seit wenigen Jahren, wieder Sonnenenergie zu gewinnen und zu verwerten. Aber Ingenieure, die die zeitgemÐ"¤Ð"ÑŸe Technik beherrschen, sehen sich jetzt mit der Technologie der Solarenergienutzung, der "HELIOTECHNIK", hÐ"¤ufiger konfrontiert.

Durch ihre Nutzung werden keine Emissionen an die Umwelt abgegeben, die unsere Gesundheit schÐ"¤digen und weltweit eine Gefahr fÐ"јr unser Klima bedeuten. Es gibt also auch kein Entsorgungsproblem wie z.B. bei der Urannutzung.

Die Sonne

Die Sonne besitzt eine Struktur und Eigenschaften; die die Art der Energie, die die Sonne in den Raum abstrahlt bestimmen. Bei der Kernfusion auf und in der Sonne werden in jeder Sekunde ca. 650 Millionen Tonnen Wasserstoff in ca. 646 Millionen Tonnen Helium umgewandelt. Die Differenz wird als Strahlungsenergie in den Weltraum gesandt (Materie wird in Energie gewandelt). Die Erde empfÐ"¤ngt entsprechend der Entfernung nur den 2000 milliardsten Teil auf. In jeder Stunde empfÐ"¤ngt die Erdkugel und die sie umgebenen AtmosphÐ"¤re 175 Milliarden Megawattstunden

Deutlich gesagt: Bereits der winzige Anteil ihrer Kraft, der nicht in den Tiefen des Raums verschwindet, sondern die Erde trifft, bringt alle 20min eintausendmal mehr Energie als wir pro Jahr verbrauchen. Das Problem vor dem die Techniker heute stehen ist diesen groÐ"ÑŸen Ð"Ñšberfluss zu nutzen. Im Moment liegt die Ausbeute dieser Energie bei nur 13% im Vergleich zu min. 30% bei z.B. der Wasserkraft.

Die Solarzelle

Man spricht von Photovoltaik, wenn die Energie des Sonnenlichts mit Solarzellen in Strom verwandelt wird.

Im Grunde gehen alle fossilen und erneuerbaren Energien auf die Sonne zurÐ"јck. Das gilt fÐ"јr Kohle, Erdgas und Ð"-l ebenso wie fÐ"јr Wasserkraft, Windenergie, Biogas oder nachwachsende pflanzliche Rohstoffe. Die Photovoltaik ist aber sicher die eleganteste Art, die Sonnenenergie in Strom zu verwandeln: Man braucht lediglich die Solarzelle dem Licht auszusetzen und an ihren Kontakten den elektrischen Strom abzugreifen. Die Solarzelle stellt sozusagen ein elektrisches Mini-Kraftwerk dar.

Sie ersetzt Dampfkessel, Turbine und Generator. Sie wandelt die Sonnenenergie ganz unmittelbar in Strom um. Physiker haben errechnet, daÐ"ÑŸ der Wirkungsgrad von Solarzellen, je nach Material, theoretisch an die 30 % betragen kÐ"¶nnte.

Auch wenn die Photovoltaik bisher nur einen verschwindend geringen Anteil an der Deckung des gesamten Strombedarfs hat (ca.0,02% in der BRD), so liegt dies weniger an ihrem Wirkungsgrad sondern an den bislang noch relativ hohen Kosten und dem betrÐ"¤chtliche Energieaufwand fÐ"јr die Herstellung der Solarzellen.

1) Energie aus der Kraft der Sonne

Direkte Nutzung der Sonnenkraft

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, daÐ"ÑŸ Solarzellen auf einem Dreihundertstel der FlÐ"¤che der Vereinigten Staaten den gesamten Strombedarf der Nation liefern wÐ"јrde. Eine Studie des britischen Solarforschers Robert Hill ergab, daÐ"ÑŸ in GroÐ"ÑŸbritannien der gesamte Strom Ð"јber Photovoltaik-Zellen produziert werden kann, wenn nur 10% der heutigen GebÐ"¤udeflÐ"¤chen mit Photovoltaik-Anlagen ausgestattet werden. Auf Neubauten sollten Solaranlagen nicht auf den DÐ"¤chern und Fassaden angebracht werden, sondern als DÐ"¤cher oder Fassaden.

Photovoltaische Systeme auf Basis kristallinen und amorphen Siliziums sind zwar bereits in grÐ"¶Ð"ÑŸerem Umfang verfÐ"јgbar, doch besteht noch ein erheblicher technischer Entwicklungsbedarf. Der Markt umfaÐ"ÑŸt heute im wesentlichen der KleingerÐ"¤tebereich (Rechner, Uhren u.Ð"¤.), das netzferne Wohnen (Beleuchtung, Pumpen u.Ð"¤.), die netzferne kommerzielle Nutzung (Kommunikation, Signalanlagen u.Ð"¤.) und die netzgekoppelten Anlagen (Wohn- und FabrikgebÐ"¤ude, Kraftwerke).

Die technische Weiterentwicklung konzentriert sich auf Fortschritte in der Elektrotechnologie, um hÐ"¶here Wirkungsgrade und geringere Kosten zu erzielen. Dem sollen auch neue Materialien und kostengÐ"јnstigere Herstellungsverfahren dienen.

Theoretisch lassen sich mit Solarzellen beliebige Spannungen und StromstÐ"¤rken erzielen. Man braucht nur die einzelnen Module - wie bei Batterien - entsprechend hintereinander (hÐ"¶here Spannung) oder parallel (hÐ"¶here StromstÐ"¤rke) zu schalten.

Der erzeugte Strom lÐ"¤Ð"ÑŸt sich in Batterien einspeisen, so daÐ"ÑŸ er selbst dann zur VerfÐ"јgung steht, wenn es dunkel ist. Ebenso kann der Solarstrom Ð"јber Wechselrichter ins Netz eingespeist werden. In der Praxis ist der photovoltaisch erzeuge Strom allerdings noch so teuer und erfordert einen derart hohen FlÐ"¤chenbedarf, daÐ"ÑŸ er bislang nur fÐ"јr spezielle Anwendungen im Schwachlastbereich in Frage kommt. Zum Beispiel sind Solarzellen ideale Stromerzeuger fÐ"јr Taschenrechner, KopfhÐ"¶rer-Radios,