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Referat 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 40o nördlicher 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.
© Raphael Beguin
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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
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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%.
c) 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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