Energie- und Kommunikationstechnik

 

Solartechnologie I

 
Technologien zur regenerativen Energiegewinnung

und deren Förderung durch
Fördermittel der Länder- und des Bundes

 


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Prof. Dr. Gerd Brucker:

Solartechnik und Ökologie

2,5 Milliarden Tonnen Kohlenstoff gelangen bisher jährlich zusätzlich mit dem Kohlendioxid in die Atmosphäre. Die Tendenz ist steigend. Das Kohlendioxid ist mit 50 % an der Änderung des Weltklimas neben Methan (19 %), den Chlorkohlenwasserstoffen (17 %), dem Lachgas (N20), dem grundnah auftretenden Ozon (8 %) und anderen beteiligt. Die lokale Reduktion ist auch global bedeutsam, denn immerhin werden in Mitteleuropa zwischen 7 und 12 Tonnen jährlich von jedem Bürger verursacht (Wohnung, Heizung, Auto, Essen, Kleidung, Reise u. a.), in den USA kommt ein Bürger auf 25 Tonnen. In den Entwicklungsländern verursacht ein Weltbürger trotz Holzfeuer nur 0,7 Tonnen pro Jahr. Der Einstieg in die dezentral genutzte Solarenergie ist angebracht, der Weg zum billigen Sonnenstrom ist möglich. Neuartige Titandioxid-Solarmodule und andere Dünnschichtmaterialien auf billigem und zeitlos verwendbarem Glas wurden an der Universität Stuttgart und an der ETH Zürich entwickelt und mit Erfolg erprobt. Der Wirkungsgrad ist gegenüber den herkömmlichen Silizium-Modulen deutlich erhöht. Die preiswerte Massenproduktion stellt bei entsprechenden politischen Vorgaben heute kein Problem mehr dar.

 

Sonnenenergie - Photovoltaik - Solarzellen

Die Gewinnung von elektrischer Energie mittels fossiler oder atomarer Brennstoffe per Dampfturbine und Magnetgenerator ist nicht nur veraltet und gefährlich, weil umwelt- und gesundheitsschädigend, sondern auch begrenzt, da sein Wärmelieferant auf der Erde nicht unbegrenzt vorhanden ist. Anderst bei Strom und auch Wärme aus der Sonne. Zu den Funktionsprinzipien - Problemen - Lösungswegen dieser neuen Technologie folgen Beiträge von Autoren, die sich intensiv mit dieser Materie auseinandersetzen.

Ergänzende Informationen zur Solartechnologie und deren wirtschaftliche Förderung finden Sie auch unter

http://www.solarfoerderung.de

 

Solartechnik und Ökonomie an Beispielen

Die photovoltaische Energieerzeugung wird zur Zeit immer billiger. 1970 kostete eine Kilowattstunde noch 60 Dollar, 1980 nur noch 1 Dollar und heute liegt sie bereits bei 20 bis 30 Cent. Nach einer Studie L. BÖLKOWS, des ehemaligen Leiters des MBB-Konzerns, wird bei entsprechendem Absatz der Solarmodule Sonnenstrom gegenüber der konventionellen Erzeugung auch bei Einberechnung aller Produktionskosten voll konkurrenzfähig, denn die Technik der Herstellung wird immer perfekter: Inzwischen sind Halbleiterschichten mit 1-2 Tausendstel Millimeter möglich, sie besitzen deshalb einen geringen Materialaufwand. Dadurch eignen sie sich hervorragend zur Massenproduktion. Die Kosten sinken gut auf eine Zehntel dessen, was gegenwärtig dafür bezahlt werden muß.

Italien und Spanien errichten und subventionieren bereits Anlagen ohne Netzanschluß für Privathaushalte und entlegene Gebiete.


Italien plant außerdem größere zentrale Anlagen mit Leistungen bis zu drei Megawatt. Der Wartungsaufwand ist gering, denn die Energieumwandlung unterliegt keinem mechanischen Verschleiß.

 

Weniger bekannt sind die solarthermischen Kraftwerke.

In der kalifornischen Mojave-Wüste und bei Harper Lake, Südkalifornien stehen ab 1994 zusammen 655 Megawatt zur Verfügung. Das Sonnenlicht wird mit wannenförmigen Parabolspiegeln auf ölgefüllte Rohre gelenkt. Das Öl gibt die Wärmeenergie schließlich zur Dampferzeugung an die Turbinen ab. Auch hier senkt die Serienproduktion innerhalb von zwei Jahren den Gestehungspreis des Stroms von 37 auf 16 Pfennig pro Kilowattstunde.


In Spanien (Almeria) befindet sich eine 5-Megawatt-Anlage und

in Jordanien wird im Rahmen des europäischen Phoebus-Projekts eine 30-Megawatt-Anlage an die Energie der Sonne angeschlossen.


Kleine Parabolspiegelkocher werden bereits in Entwicklungsländern mit großem Sonnenangebot zur Zubereitung von Speisen und zum Abkochen von Wasser genutzt. Dieses Potential muß vor allem in Ländern mit wenig Holzreserven ausgebaut werden.

Bei dezentraler, verbrauchernaher Nutzung spart man den Aufwand für die Leitung und Verteilung. Daher können sich kleinere Anlagen selbst in wolkenreichen Regionen oder in höheren Breiten rentieren, so wurden z. B. in Norwergen 40 000 Häuser damit ausgerüstet. Diese private Initiative übertrifft das deutsche staatlich propagierte 1000-Dächer-Programm bei weitem. So, wie übrigens auch das dänische Vorbild die zögernden Versuche zur dezentralen Wind-Energieversorgung in Deutschland bei weitem überrundet hat.

 

Solartechnik im Detail

Als Grundstoff für Solarzellen wird Silicium verwendet, eines der häufigsten chemischen Elemente der Erdrinde. Als Ausgangsmaterial dient Quarzsand, aus dem Silicium von hoher Reinheit gewonnen wird. Solarzellen bestehen aus zwei Siliciumschichten, die als Halbleiter ein elektrisches Feld aufbauen. Sobald Licht durch die obere, dünne lichtdurchlässige Schicht dringt und auf der unteren Schicht auftritt, werden Elektronen freigesetzt. Durch die beiden Schichten können die Elektronen in einer Richtung gelenkt werden. Es erfolgt Ladungstrennung und das bedeutet, daß Spannung zwischen den außenliegenden Kontakten entstanden ist. Wird ein Verbraucher angeschlossen, so kommt es zum Elektronenfluß und der vorhandene Strom kann genutzt werden.

Die Zellen können zu jeder Größenordnung zusammengesetzt werden, von einer Leistung von wenigen Watt für Parkscheinautomaten, Funktelefone, für Solaruhren und Meßstationen in einsamen Regionen bis zu Megawattleistungen in Anlagen, die ganze Quadratkilometer bedecken. Durch diese Flexibilität kann man die Systeme in unmittelbarer Nähe eines Verbrauchers ebenso installieren wie in Wüstenregionen.

Für solarthermische Kraftwerke gibt es drei Systemkonzepte: Parabolrinnenkraftwerke, Turmkraftwerke und Paraboloidkraftwerke. In allen Fällen wird die Solarenergie konzentriert und über thermische Energie in mechanische und schließlich elektrische Energie umgewandelt. Der bisher realisierte Leistungsbereich liegt zwischen einigen 100 kWe und 80 MWe (DEUTSCHE FORSCHUNGSANSTALT FÜR LUFT- UND RAUMFAHRT (DLR) 1990).

Die jährlich auf die Kontinente auftreffende Stahlungsenergie beträgt mit 25 000 TWa (1TWa = 8.760 Milliarden kWh) das 2.500fache des gegenwärtigen Weltenergieverbrauchs.

Wenn man mit heute absehbaren Methoden in Deutschland die rentable Serienfertigung von Solarmodulen mit jährlich 30 Millionen Solarzellen durchsetzt, die dann vom Verkaufsmarkt abgenommen werden, so wird der Gestehungspreis rapide sinken. Für einen energieaufwendigen deutschen oder amerikanischen Haushalt würden 40 Quadratmeter an Solarpaneelen auf dem Dach ausreichen. Insgesamt könnten bereits 34.000 Quadratkilometer Dachfläche mit Solarmodulen den gesamten Stromverbrauch der USA abdecken. Als Energiespeicherform würde dabei elektrolytisch erzeugter Wasserstoff dienen.

 

Die Informationen von Prof. Dr. Gerd Brucker, sind mit freundlicher Genehmigung des Autors entnommen aus:

Ökologie und Umweltschutz, Ein Aktionsbuch,
ISBN 3-494-01199-0

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Beitragssammlung zu diesem Themenbereich:
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Förderprogramme zur Förderung von Anlagen zur Nutzung
regenerativer Energien bzw. zur Einsparung konventioneller Energieträger:

 
siehe hierzu auch

Das fünfte Rahmenprogramm der EU für Forschung und Technik
Das sechste Rahmenprogramm der EU für Forschung und Technik

 

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