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Thermosolare Erzeugungsmethoden
In der thermosolaren Energieerzeugung wird mit Hilfe der Sonne ein Medium erhitzt. Dieses dehnt sich aus oder geht in den gasförmigen Zustand über und treibt so eine Turbine an welche wiederum einen Generator antreibt welcher dann die gewünschte Energie liefert. Eine weitere Methode stellt der so genannte Stirlingmotor dar. Dieser wird nur mit Wärme betrieben, jegliche Flüssigkeit entfällt, der direkt angebundene Generator liefert ebenso die gewünschte Energie.
Der Solarturm
Eine große Menge von Spiegel, so genannte Heliostate, lenken die Sonnenstrahlen auf einen Punkt auf einem Turm. Dieser Punkt wird auf bis zu tausend °C erhitzt und die dadurch verdampfte Flüssigkeit treibt dann über eine Turbine einen großen Generator an und liefert sehr zentral eine große Menge an elektrischer Energie. Dies ist der Vorteil dieser Technik. Ein Nachteil ist die große Anzahl der Heliostate die alle einzeln, über komplizierte Computerprogramme, gigantische Computer, mit tausenden Steuerausgängen, gesteuert werden müssen. Da jeder Heliostat zwei Motoren benötigt ist eine erhebliche Technik und Verkabelung von Nöten. Dies stellt die Wartung vor erhebliche Herausforderungen und mindert die Lebensdauer der Anlage erheblich. Ein Vorteil ist es, dass die enorme Hitze in Flüssigkeiten und somit in isolierten Tanks gespeichert werden und so auch Nachts noch einige Zeit zur Energieerzeugung genutzt werden kann. Die gesamte Anlage gleicht im Prinzip einem riesiger Parabolspiegel.
Die Parabolrinne
Diese Technik basiert auf langen Parabolrinnen in dessen Brennpunkt eine Absorberleitung installiert ist. In dieser Leitung wird eine Flüssigkeit erwärmt welche sich daraufhin ausdehnt und zum Antrieb einer Turbine genutzt werden kann. Die Rinnen können über Leitungen in Reihe oder Parallel angeordnet werden, so kann in jeder Jahreszeit die optimale Temperatur erreicht werden. Da alle Rinnen der Anlage über eine Solarfeldleitung miteinander verbunden sind kann wie beim Turm ein zentraler Generator betrieben werden welcher dann zentral große Mengen an Energie bereitstellt. Ein Nachteil dieser Technik ist, dass die langen Rinnen nur in einer Achse verstellt werden können und so nicht immer optimal zur Sonne hin ausgerichtet werden können, was den Wirkungsgrad beeinträchtigt. Ein Vorteil auch hier, dass die in der Wärme in der Flüssigkeit in Tanks gespeichert werden kann um sie auch Nachts noch eine Weile nutzen zu können.
Der runde Parabolspiegel
Diese Technik ist die bei weitem älteste Form der Umformung von Sonnenenergie zu elektrischer Energie. Auch ist es die Methode mit dem höchsten Wirkungsgrad. Die Spiegel können in der X- sowie Y-Achse bewegt werden und stehen so immer optimal zur Sonne ausgerichtet. Die Steuerung eines Spiegelfeldes ist denkbar einfach da sich die Spiegel vorwiegend auf einer Achse parallel bewegen und die zweite Achse kann statisch bedient werden. Im ersten Bild zu sehen ein Dampfkessel-spiegel von Augustin Mouchot von 1878 der einen kleinen Generator antrieb und im zweiten Bild zu sehen ein Spiegel mit Stirlingmotor und Generator welcher ebenso direkt elektrische Energie erzeugen kann. Diese Systeme können aber auch Flüssigkeiten erhitzen und Felder können dann ebenso zentral große Generatoren betrieben werden und ebenso könnte dann auch diese Flüssigkeiten in Tanks zwischengespeichert werden. Diese Spiegel sind bei kleinen, mittleren bis hin zu sehr großen Anlagen einsetzbar. Große Spiegel zu entwickeln ist kein Problem denn es gibt sie schon als Parabolantennen die man einfach umkonfigurieren könnte.
Photovoltaik
Photovoltaik Funktion (Dünnschichtsolarzelle)
1) Die obere Siliziumschicht ist mit Phosphoratomen durchsetzt, hier besteht ein Elektronenüberschuss. Elektronen die frei beweglich sind.
2) Die untere Siliziumschicht ist mit Boratomen durchsetzt, hier gibt es einen Elektronenmangel. Löcher, die frei beweglich sind
3) In der Übergangsschicht entsteht ein starkes elektrisches Feld.
4) Licht gelangt in die Übergangsschicht, es werden Elektronen angeregt.
5) Die Lichtenergie erzeugt nun neue Ladungsträger und eine Spannung entsteht. Die Elektronen bewegen sich nun durch die Schichten, aus denen das Solarpanel aufgebaut ist, bis zur Batterie.
Bedarf
Es braucht jedoch eine Reihe von elektronischen Geräte um elektrische Energie aus Solarpanelen für den Haushalt nutzbar machen zu können, da die Gleichspannung aus diesen Paneelen gering ist und die Paneele keine hohe Leistung erzeugen. Würden sie überlastet würden sie heiß werden und zu brennen beginnen. Deshalb muss die Energie in Batterien zwischengespeichert werten um auf ein gewisses Leistungsniveau zu kommen. Diese Speicherung muss über ein Kontrollgerät gesteuert werden damit die Batterie nicht überladen wird und ihrerseits anfängt zu brennen. Die Gleichspannung aus der Batterie muss nun in einem Wechselrichter in eine höhere Wechselspannung umgewandelt werden, was wiederum überwacht werden muss damit die Batterie nicht überlastet wird und zu brennen beginnt. Das Brandproblem ist zwar mittlerweile sehr gut unter Kontrolle gebracht worden, es sind aber schon eine Reihe von Dachstühlen abgebrannt, denn fängt eines der Baugruppen erst einmal an zu brennen ist der Brand nur sehr schwer zu stoppen.
Photovoltaik ist keine thermosolare sondern nur eine solare Erzeugungsart. Dies bedeutet, dass die elektrische Energie hier nicht über Hitze sondern nur über Licht gewonnen wird. Die Solarpanelen benötigen keine Wärme, im Gegenteil, Frost ist für Photovoltaikanlagen überhaupt kein Problem. Er schadet dem Material nicht und kann sich positiv auf die Erträge auswirken. Denn Kälte kann sogar den Wirkungsgrad der Module erhöhen. Das liegt an Silizium, dem Material, aus dem die meisten Photovoltaik-Module bestehen.
Die Photovoltaikanlage erzeugt auch bei Wolken noch Strom, doch ist die Leistung dann eingeschränkt. Bei Schnee muss man die Anlage vom Schnee befreien, wenn die Schneelast zu groß wird, die Leistungseinschränkung ist meist geringer als gedacht.
Das größte Problem der Photovoltaik ist der Aufbau welcher die Lebensdauer der Paneelen begrenzt. Unmittelbar nach Inbetriebnahme beginnt die Solarzelle in der Leistung nach zu lassen. Degradation und Alterung bewirken einen Leistungsverlust von bis zu 80% in den Solarmodulen nach 25 - 30 Betriebsjahren. Das ist ein normaler Prozess der durch die Elektronenbewegung ausgelöst welche das Material quasi zersetzt. Man muss sich dies auf der atomaren Ebene vorstellen. Es werden ständig Elektronen aus dem Atomaren Verband entfernt was auf Dauer die Energie des Atoms negativ beeinflusst. Ein anderer sehr großer Nachteil ist, dass das in einem komplexen Prozess hergestellte Material aus Silizium, Silber, Indium, Cadmium, Blei, Selen, Zinn, je nach Typ, bisher nicht wieder getrennt und wieder in den Herstellungsprozess eingebracht werden kann. Lediglich die Rahmen und das Glas lassen sich bisher wiederverwenden. Der Rest ist, auf Grund der in allen Typen enthaltenen giftigen Stoffe, Sondermüll welcher umständlich entsorgt werden muss. Deshalb ist es extrem wichtig endlich in die Richtung der chemischen Trennung und Rückführung solcher Materialien zu forschen.
Die Herstellung sowie die Entsorgung dieser Solarpanelen und der erforderlichen Anbauteile, hier besonders im Fokus die Batterien, erfordert sehr viel Energie und diese wird zur Zeit leider noch auch bis zu 90% aus fossilen Brennstoffen hergestellt. Dies mindert die tatsächliche Erzeugung einer klimaneutralen Energie natürlich erheblich. Deshalb wäre es folgerichtig die Anwendung von Photovoltaik so lange zu begrenzen solange die Fragen der klimamaneutralen Produktion und des Recyclings der Materialien noch nicht geklärt sind.
Fazit
Es muss genau festgestellt werden welche Erzeugungsart am effizientesten ist, die wenigsten Ressourcen verbraucht, die längste Standzeit aufweist und bei der während der Bereitstellung die geringste Energie verwendet wird.
Denn es geht im Moment ganz klar um die möglichst schnelle Bereitstellung von klimaneutraler Energie ohne Risiken und Nebenwirkungen und NICHT um die Bereitstellung von möglichst viel finanziellen Mitteln für einige wenige Personen, denn genau Dieses hat uns in diese prekäre Situation gebracht in der wir uns nunmehr befinden.
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