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Solarenergie
Solarenergie ist eine Möglichkeit der regenerativen Stromerzeugung.
Dies ist nicht ganz richtig, da man mit der Sonne auch ohne Strom Energie
gewinnen kann, und zwar in Form von Wärme. Die Solarenergie unterteilt
sich also in die Stromgewinnung durch den Einsatz von Photovoltaikanlagen
und in die Solarthermik, die durch die Benutzung verschiedenster Geräte
durch das Sonnenlicht nutzbare Wärme erzeugt. Oft können solarthermische
Geräte mit ein bißchen Einfallsreichtum selbst gebaut werden.
Auch die solare Kochkiste ist ein solches Objekt, da man zum Kochen keinen
Strom benötigt, sondern einzig die Sonnenwärme nutzt.
Photovoltaik
Zuerst erkläre ich kurz die Funktionsweise eines Photovoltaiks (PV):
das Hauptmaterial von 90% der heute bestehenden Anlagen ist reines Silizium.
Durch das Vermischen mit anderen Substanzen wie z.B. Bor und Phosphor
verändert sich das Silizium zu zwei unterschiedlichen Schichten,
die andere elektrische Eigenschaften haben. Der Vorgang, in dem man die
Fremdatome bei Silizium einbringt, nennt sich Dotieren. Wenn nun die Sonne
auf das veränderte Material scheint, entstehen dort elektrische Ladungen,
die durch die Verschiedenheit der beiden Hälften von einer Grenzschicht
auseinandergehalten werden. Der Strom entwickelt sich hierbei an den Außenteilen
des Siliziums. Die Zellen haben eine Dicke von 0,3mm und werden zusammen
mit anderen Zellen zwischen einer Kunststofffolie hinten und einer Glasplatte
vorne zu einem Modul zusammengesetzt. Dieses Modul hat dann eine Kraft
von 12V.
Die Erfindung der Solarzelle ist schon älter; 1954 wurde die erste
entwickelt, doch ist der heutige Wirkungsgrad noch recht niedrig: er liegt
bei ca. 15% und sinkt bei steigender Temperatur. Trotzdem sind PVanlagen
eine sinnvolle Methode, Strom zu erzeugen. Um den Wirkungsgrad und damit
die Nutzung zu erhöhen, gibt es vier verschiedene Ansätze: zuerst
versucht man das Design der Oberflächenstruktur so zu verändern,
dass das Licht besser einfallen kann. Dann könnte man die Dicke des
Siliziums verringern, da dies der höchste Kostenfaktor ist. Neuartige
Zellen haben statt der 0,3mm starken Platten nur noch 0,005mm, wie z.B.
die CIS Zelle. Eine andere Technologieentwicklung wäre zu erreichen,
wenn man mit Hilfe von Spiegeln und Linsen Sonnenlicht bündeln würde,
um sie dann auf eine entsprechend kleine Solarfläche zu lenken. Noch
eine Verbesserung erzielte man durch ein Tandemsystem, indem eine zweite
Grenzschicht zwischen den Siliziumplatten eingesetzt würde. Es wäre
dann in drei Ebenen unterteilt und man müsste versuchen, die verschiedenen
Anteile des Lichts mit ihnen zu nutzen. Dies waren die Punkte die eine
Solarzellennutung noch weitaus effektiver gestalten würde.
PV hat viele Vorteile: bei der Stromerzeugung fallen keine Emissionen
an, es entsteht weder Lärm noch irgendwelche Abgase. Der Betrieb
ist also völlig umweltverträglich und auch die Entsorgung der
Zellen, die nach gut 20 Jahren eintritt, ist problemlos. Auch der Rohstoff
für die Zellen, das Silizium ist in der Erdrinde fast unbegrenzt
verfügbar. Solarzellen sind vielseitig einsetzbar, in kleiner Form
wie z.B. bei Taschenrechnern sowie in großen Anlagen.
Der Bau von PVanlagen nimmt stetig zu. So wurde durch sie 1999 in Deutschland
genug Strom für 13.000 Haushalte produziert. Wer sich eine Anlage
baut, muss nicht befürchten, dass er im Winter, wenn die Leistung
deutlich niedriger ist, auf Strom verzichten soll. Er bleibt trotzdem
an das öffentliche Stromnetz angeschlossen und kann dadurch nicht
nur Strom beziehen, sondern auch überschüssige Energie in das
Stromnetz einspeisen. Dafür bekommt er eine subventionierte Auszahlung,
die im Vergleich zu "fossilem Strom" recht hoch ist. Dies wird
allerdings auch benötigt, da der Bau eines PVs sehr teuer ist und
sich erst gegen Ende der Benutzung amortisiert. Deshalb ist für die
meisten auch ein Wille für eine Verbesserung der Umwelt notwendig.
Um einen durchschnittlichen Haushalt mit Strom zu versorgen, ist ca. eine
Fläche von 20 qm nötig, das kostet knapp 30.000 DM. Deshalb
ist es auch gut, wenn immer mehr Menschen PV, benutzen da dadurch die
Produktionskosten extrem niedriger werden könnten. Diese Verbilligung
würde sehr stark ausfallen, wenn Firmen mit einer richtigen Massenproduktion
beginnen würden. Doch wie eben schon erwähnt, ist die Versorgung
von ganzen Haushalten nicht alles, da sich der Solarstrom auch in kleineren
Bereichen gut einsetzen lässt. So hat man z.B. festgestellt, dass
es weitaus billiger ist, Parkautomaten so zu versorgen. Auch auf dem Land,
wo es nicht immer einen Stromanschluss gibt, wie z.B. bei einer ländlichen
Bushaltestelle, ist es sehr empfehlenswert, diese mit Solarstrom zu versorgen,
um eine Beleuchtung in Gang zu halten.
Die meisten würden jetzt sagen, dass die PV keine Hilfe für
die 3. Welt darstellt, da die Kosten viel zu hoch sind. Doch dies ist
falsch, denn die dort lebenden Menschen, die sonst überhaupt keinen
Strom haben, sind auch nicht so stark auf ihn angewiesen. Als sinnvoll
hat es sich erwiesen, eine Anlage im Wert von ca. 1000 DM zu bauen. Dies
ist für dort lebende Menschen meistens unbezahlbar und muss daher
unterstützt werden. Diese Verbreitung ist auch in Gebieten effektiv,
die von der Stromversorgung abgeschnitten sind, da ein neuer Anschluss
wesentlich teurer wäre. Mit dem Bau kann man eine Grundversorgung
gewährleisten, die an einigen Stunden des Tages drei Energiesparlampen,
ein Radio und evtl. einen Fernseher betreiben können. Um das System
verbreiten zu können, gibt es heute z.B. bei Shell so etwas wie Ratenzahlung,
wobei die Verbraucher jeden Monat 14 DM zahlen müssen. Die Aktion
scheint zu funktionieren: allein 1997 wurden 200.000 dieser Anlagen neu
installiert.
Thermische Solarenergie
Thermische Solarenergie ist die Entstehung von Wärme und deren Nutzung
durch Solargeräte. Solche Anlagen können nur lokal benutzt werden,
da man die Wärme nicht leiten kann. Es gibt eine Vielzahl von Modellen
und Einsatzmöglichkeiten. Besonders gut kann man die Warmwasserherstellung
solarthermisch erledigen. Hierzu benötigt man eine Absorberplatte
aus dunklem Material (z.B. Aluminium oder Kupfer), in welcher Röhren
eingearbeitet sind, durch die das kalte Wasser einströmen kann und
später im erwärmten Zustand wieder austritt. Der Absorber mit
seinen Röhren ist umgeben von einem gut isoliertem Kasten, der vorne
eine Glasabdeckung hat, um die Sonnenstrahlen hineinzulassen. Dies ist
eigentlich ein recht simpler Aufbau und kann in seinem recht hohem Wirkungsgrad
noch durch ein Vakuum verbessert werden. Die Warmwasserheizung ist dann
noch mit der normalen Heizung gekoppelt, die anspringt, wenn die Sonne
mal nicht scheint, und so für eine stetige Verfügbarkeit des
Wassers sorgt. Auch haben die Anlagen einen Speicher, der Wasser für
ein paar Tage warm hält.
Das System ist sehr gut für die Umwelt und eine Anlage für 7000
DM kann eine vierköpfige Familie mit warmen Wasser versorgen und
spart dabei 50 bis 80% der Rohstoffe, die sonst für die Erwärmung
draufgegangen wären. Auch Schwimmbäder nutzen diese neue Technik,
um ihre Becken zu erwärmen. Doch man macht es sich in dieser Branche
nicht so umständlich und verzichtet auf Isolierung. Man benutzt einfach
nur schwarze Absorbermatten, durch die das Wasser gepumpt wird, da man
sowieso nur eine minimale Erwärmung des Wassers um ein paar Grad
benötigt.
Ein anderer Bereich, der sich mit Hilfe der Solarthermik bewältigen
lässt, ist die Beheizung. Doch da die Heizung sehr viel Energie benötigt,
ist dies schon schwieriger. Auf jeden Fall sollte man dann auch auf einen
energiesparenden Hausbau sowie eine gute Isolierung zurückgreifen.
Dies ist im Sinne der Umwelt sehr wichtig, da z.Z. zuviel Wärme einfach
nur verpufft. Hierzu müssten auch Maßnahmen von der Politik
getroffen werden, da dadurch allgemein Energie gespart werden könnte
und sich außerdem ein neuer Arbeitsmarkt erschließen würde.
Ein großes Problem einer solaren Heizung ist die Speicherung der
Wärme. In den Wintermonaten, wenn die Heizung am meisten benötigt
wird, spendet die Sonne am wenigsten Energie. Man muss sich dann einen
großen, am besten unterirdischen Langzeitwärmespeicher anschaffen.
Dieser ist allerdings so teuer, dass er sich nur bei einer Gemeinschaftsanlage
lohnt.
Man kann seine Solarheizung einerseits durch die Erwärmung von Wasser
und noch einfacher mit Luft betreiben. Für diese zweite Methode benötigt
man nur einen isolierten Kasten mit schwarzen, diagonal stehenden , metallischen
Absorberstreifen. So einen sah ich auch bei meinem Besuch in Basel. Er
hatte an der Seite zur Wand zwei Rohre: durch die eine wurde mit einem
Ventilator die Luft des Raumes in den Kasten gesogen und durch die andere
als warme Luft wieder herausgepreßt. So einfach war die Heizung
aufgebaut und sie erschien mir sehr praktisch, da sie auch nicht viel
Platz verschenkte und eigentlich an jeder Hauswand aufgehängt werden
könnte. Auch wenn ich denke, dass sie im Winter nicht die ganze Beheizung
übernehmen kann, führt sie trotzdem zu einer Energieeinsparung.
Doch hat man noch mehr Möglichkeiten die Sonne zu nutzen: es kann
auch Gebäudeklimatisierung betrieben werden. Das praktische ist daran,
dass man sie vor allem im Sommer benutzt, wenn die Sonne die meiste Energie
abgibt. Sie wirken vor allem in warmen Gegenden gut, wie in Südeuropa.
Es wird mit Hilfe der Verdunstungskühlung gearbeitet. Das Hauptprinzip
erklärte mir Ulrich Oehler an der Funktionsweise eines selbst gebauten
Kühlschranks. Die Klimaanlagen sind noch etwas komplizierter doch
werde ich im folgenden Teil kurz einen Kühlschrank erklären.
Zuerst benötigt man den Kasten aus gut leitendem Metall. Innen sind
kleine Platten zum Abstellen des Kühlguts. Sie haben eine extra breite
Verbindung zur Wand um die Wärme besser abzugeben. Die Kühlschrankseiten
sind von Holzkohle umgeben, die wiederum mit Styropor umschlossen sind.
Oben und unten des Kastens befindet sich auch Styropor. Die Holzkohle
wird unten durch ein Gitter gehalten, und es kann neue Luft zugeführt
werden. Oben kann sie entweichen und gelangt so durch ein kleines Dach,
das eine schwarze Außenfläche hat ,zu einem Abzug. Über
der Kohle ist auch noch ein Gartenschlauch, der an der einen Seite mit
einem Wassertank verbunden ist und an der anderen zu ist. Er hat ein paar
Löcher und einen Regulator für den Wassertank. Wenn man den
Ofen benutzt, muss man zuerst den Hahn für den Schlauch etwas aufdrehen.
Dadurch wird die Kohle befeuchtet, die sich dann wegen ihrer porösen
Beschaffenheit vollsaugt. Dann kann man das Wasser wieder abdrehen und
das Dach beginnt die innere Luft zu erhitzen. Dadurch steigt sie nach
oben und steigt aus dem Abzug aus, was einen Unterdruck verursacht, der
wiederum neue Luft von unten ansaugt. Diese muss, um in das Dach zu gelangen,
erst die Kohle passieren. Durch den Wind verdunstet das Wasser und dieser
Prozess benötigt Wärme. Da von den Seiten das Styropor isoliert,
wird die Wärme von dem inneren Kasten angezogen. So werden die inneren
Sachen gut gekühlt und das mit recht einfachen Methoden und Materialien.
Skizze: Solarer Kühlschrank
Auch kann man mit thermischer Solarkraft Luftkollektoren bauen, die z.B.
in der Landwirtschaft in Form eines Tunneltrockners genutzt werden, mit
dem die Bauern ihre Ernte und Erzeugnisse trocknen können, um sie
zu konservieren. Sie funktionieren nach dem selben Prinzip wie die im
Text weiter oben beschriebene Solarheizung, nur das er aus einem langen
Tunnel besteht mit zwei Öffnungen. Die eine Seite wird mit einem
Ventilator reguliert, die andere ist offen. Im ersten Teil wird die Luft
durch die schwarze Decke erwärmt und gelangt dann in den Trocknungsbereich.
Dort werden die Erträge dann sicher vor Tieren und Insekten sauber
getrocknet. Wenn die Sonne mal nicht so mitspielt kann man auch den angebauten
Gasanschluss verwenden. So eine Anlage wird öfters auch von Gemeinschaften
genutzt um die Kapazität auszulasten. Sie wird inzwischen in 30 Ländern
genutzt und in der Türkei, Sri Lanka und Thailand auch schon produziert.
Auch der Solarofen ist ein solarthermisches Gerät.
Die ULOG Gruppe in Basel verbreitet neben ihm auch noch Solardörrer,
die auch nach dem Schema der Luftkollektoren funktionieren.
Skizze: Solarer Kühlschrank
Man sieht also, dass es eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt, die
Sonnenenergie direkt zu nutzen. Es gibt auch ein paar solarthermische
Kraftwerke die aus der gewonnenen Wärme mit Hilfe von Turbinen Strom
erzeugen. Sie haben eine recht gute Effizienz in wärmeren Zonen wie
dem Mittelmeerraum.
Würde die Sonnenenergie vermehrt angewandt, wäre dies ein großer
Vorteil für die gesamte Lage.
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