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Strom und Wärme von der Sonne

Entwicklung und Einsatzmöglichkeiten der Solarenergie

Obwohl in vielen Gegenden der Welt Energie von der Sonne geradezu im Überfluß vorhanden ist, wird doch erst ein Bruchteil davon für die Gewinnung von Strom und Wärme genutzt. Gerade angesichts der Notwendigkeit, zum Schutz des Klimas den weltweiten Kohlendioxid-Ausstoß zu senken, herrscht im Bereich der Solarenergienutzung sowohl technisch als auch energiepolitisch ein gewaltiger Nachholbedarf.

Parabolrinnenanlage in den USA © DOE/NREL

In den USA, der EU und auch in Deutschland wurden daher in den letzten Jahren verschiedene Programme und Initiativen zur Förderung der Solarenergienutzung ins Leben gerufen. Das weiße Haus lancierte ein „Million Solar Roofs“ – Programm und nach gleichem Muster zog die deutsche Bundesregierung im Januar dieses Jahres mit ihrem 100 000- Dächer-Solarstromprogramm nach.

Nach Einschätzungen der Solartechnik-Industrie ist die Solarenergie-Technologie inzwischen weltweit so weit fortgeschritten, daß an eine Nutzung in größerem Umfang gedacht werden kann.

Anwendungen

Prinzipiell kann die Solarenergie sowohl zur Stromerzeugung durch Wärme (Solarthermie) oder Photovoltaik als auch zur direkten Warmwasserproduktion genutzt werden.

In solarthermischen Anlagen konzentrieren Spiegel die Intensität der Sonneneinstrahlung und heizen damit eine Flüssigkeit, meist ein hocherhitzbares Öl, auf mehrere hundert Grad auf. Die Hitze wird an Wasser in einem zweiten Kreislauf weitergegeben, dieses verdampft und treibt so eine Dampfturbine an. Die meisten Anlagen können in sonnenarmen Zeiten auf Gasbetrieb umschalten, so daß eine gleichmäßige Stromproduktion gewährleistet ist.

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Die Solarthermie ist bisher erheblich effektiver und billiger als photovoltaische Methoden, benötigt aber viel Fläche und eine hohe Sonneneinstrahlung. In Kalifornien arbeiten bereits neun Parabolrinnen-Kraftwerke nach diesem Prinzip und produzieren zusammen 354 Megawatt Strom. In Europa wird die Technik erst zu Versuchs- und Forschungszwecken eingesetzt, ein solarthermisches Kraftwerk dafür steht im spanischen Almeria.

Durch Sonnenwärme können einzelne Gebäude oder auch ganze Kommunen mit Warmwasser und Heizenergie versorgt werden. Die entsprechenden Sonnenkollektoren werden entweder direkt auf Hausdächern oder auf kommunalen Freiflächen installiert. Problematisch ist momentan noch die effektive Wärmespeicherung – Versuche mit unterschiedlichen Speichersystemen laufen zwar bereits, wirtschaftlich und technisch ausgereift ist aber bislang noch kein System.

Die photovoltaische Nutzung umfaßt sowohl größere Sonnenkraftwerke, deren Leitung in das kommunale Stromnetz eingespeist wird, als auch kleine dezentrale Einheiten, die Strom für technische Geräte abseits des Stromnetzes produzieren. Dank dieser Unabhängigkeit ist die Photovoltaik besonders flexibel und eignet sich überall dort, wo Mobilität oder fehlende Infrastruktur keinen Netzanschluß erlauben.

Entwicklung

Nach der Ölkrise der siebziger Jahre wurden weltweit zahlreiche Solarprojekte in Angriff genommen. In Europa entstanden unter anderem vier Prototypen von Turm-Kraftwerken und eine Parabolrinnen-Anlage, in den USA wurden bis 1982 insgesamt neun Anlagen nach dem Parabolrinnen-Prinzip gebaut. Während die Anlagen in den USA noch heute laufen und Strom für 500 000 Menschen produzieren, erreichten die europäischen Anlagen nicht den gewünschten Leistungsgrad und wurden bis auf die spanische Anlage in Almeria wieder abgeschaltet.

Inzwischen sind die Solarkraftwerke den Prototypen der Anfangsphase weit überlegen, besonders bewährt sind dabei die Anlagen, die durch die Kombination mit erdgasgetriebenen Turbinen eine konstante Stromversorgung sicherstellen können.

Prognostiziert wird, daß schon im Jahr 2010 die Solarenergie zusammen mit der Wind- und Wasserkraft den überwiegenden Teil der Versorgung mit erneuerbarer Energie sicherstellen könnte.

Solarenergie in Europa

Noch nimmt die Nutzung der Sonnenenergie in Deutschland und in der EU erst einen verschwindend geringen Anteil ein, aber mit dem Fortschreiten der Technik und der damit verbundenen steigenden Effektivität der Anlagen, könnte auch die Bedeutung der Photovoltaik steigen.

Im technologischen Bereich hat Europa schon heute weltweit eine Führungsposition in der Solartechnik, in der konkreten Anwendung hinkt die EU allerdings noch hinterher.

Obwohl der Großteil des physikalischen Potentials in den sonnenreichen Gegenden des afrikanischen Kontinents liegt, lokalisieren Experten Zweidrittel des wirtschaftlichen Potentials in den nördlichen Anrainerstaaten des Mittelmeers. Bis zum Jahr 2025 wird das Potential für den gesamten Mittelmeerraum auf rund 23 000 Megawatt geschätzt. Falls die EU-Länder ein Programm zum Abbau des CO2-Gehalts beschließen sollten, könnte schon im Jahr 2005 eine Sonnenenergiekapazität von 13 500 Megawatt erreicht werden, bis 2025 dann sogar 63 000 MW.

Mehr als nur Strom und Wärme…

Untersuchungen haben gezeigt, daß Sonnenenergie mehr kann, als „nur“ Strom und Wärme produzieren.

Mit Hilfe von Solaröfen könnte man zum Beispiel aus kohlenstoffhaltigen Grundstoffen ein Brennstoff-Gas-Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid gewinnen. Aus diesem Gasgemisch entstehen mit Hilfe der Sonnenenergie hocheffektive Brennstoffe für die Heizung oder Kraftstoffe für den Antrieb von Fahrzeugen. Solare Brennstoffe könnten eines Tages bei der Ablösung fossiler Brennstoffe nicht nur in der Stromerzeugung sondern auch in anderen Bereichen eine wichtige Rolle spielen.

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Stand: 19.11.2001

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Erneuerbare Energien
Welche Zukunft haben die "Ressourcen der Zukunft"

Ungenutzte Potentiale...
Trends, Probleme und Nutzung in Deutschland und weltweit

Teure Alternative?
Wirtschaftliches Potential der erneuerbaren Energien

Mit gutem Beispiel voran...
Der Einsatz erneuerbarer Energien für öffentliche Gebäude

Strom und Wärme von der Sonne
Entwicklung und Einsatzmöglichkeiten der Solarenergie

Photovoltaik konkret
Von Solarzellen, Halbleitern und Elektronen

Ressource Erdwärme
Das Erdinnere als Energiequelle

Geothermie konkret
Von Wärmepumpen, Tiefensonden und der „Hot-Dry-Rock“ Methode

Vom Experiment zum Wirtschaftsfaktor
Die Entwicklungen in der Windkraft-Nutzung

Biomasse
Alte Ressource mit neuer Technologie

Wasserkraft
Der „Klassiker“ unter den erneuerbaren Energien

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