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Sonnenenergie / Solarenergie


Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, die in Teilen als elektromagnetische Strahlung (Strahlungsenergie) zur Erde gelangt. Die Sonnenenergie ist über Hunderte von Jahren annähernd konstant. Die Intensität der Sonneneinstrahlung beträgt an der Grenze der Atmosphäre etwa 1,367 kW/mm²; dieser Wert wird auch als Solarkonstante bezeichnet. Ein Teil der eingestrahlten Energie wird von den Bestandteilen der Atmosphäre absorbiert und in Wärme umgewandelt. Ein weiterer Teil entkommt durch die Emission eines Teils der absorbierten Energie in Richtung Weltall der Erde und zuletzt führt die Reflexion an Schwebeteilchen wie Eiskristallen und Staub in der Luft zu einer weiteren Verringerung der aufgenommenen Energie. Die Größe dieser Verluste hängt vom Zustand der Atmosphäre ab. Dabei spielen die Luftfeuchtigkeit, die Bewölkung und die Länge des Weges, den die Strahlen durch die Atmosphäre nehmen müssen, eine Rolle. Die auf die Erdoberfläche auftreffende Strahlung beträgt auf eine senkrecht dazu stehende Fläche noch ungefähr 0,8-1 kW/mm² (je nach Höhenlage). Auf schräg zur einfallenden Strahlung aufgestellte Flächen trifft weniger Strahlung auf.

Nutzung der Sonnenenergie:


Die Photosynthese der Pflanzen ist die auf der Erde am weitesten verbreitete Nutzung der Sonnenenergie. Alle Tiere leben entweder direkt (Pflanzenfresser) oder indirekt (Fleischfresser) von der Sonnenenergie. Auch für den Menschen ist sie eine Grundlage des Lebens.

Die Solartechnik beschäftigt sich mit der Nutzung der Sonnenenergie. Sie wird mit Hilfe der Photovoltaik in elektrische Energie (Solarstrom) umgewandelt, oder die Strahlung wird als thermische Energie über Solarthermie-Anlagen eingefangen und genutzt. Die Wandlung in thermische Energie durch sogenannte Sonnenkollektoren ist die weltweit meistverbreitete technische Nutzung der Sonnenenergie. Der direkten Wandlung der Strahlung in Wärme bedienen sich auch Solaröfen und Solarkocher. Großtechnisch kann die so gewonnene Wärme in Sonnenwärmekraftwerken zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden.

Die Sonnenenergie zählt zu den regenerativen Energien, ihre Nutzung wird in vielen Ländern gefördert [1], in Deutschland beispielsweise durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG).

Faktisch lassen sich auch die Windenergie, die Energie des Wassers, Biomasse und biogene Gase als Formen der Solarenergie bezeichnen, da sie durch natürliche physikalische oder biologische Prozesse umgewandelte Sonnenenergie nutzen.

Speicherung der Sonnenenergie:


Die solare Einstrahlung ist eine unstete Größe. Tag und Nacht, natürliche Bewölkung sowie Kondensstreifen, Abdämpfe und auch Schwebeteilchen in der Luft beeinflussen die lokale Bestrahlungsstärke. Um die notwendige Energieversorgungssicherheit zu gewährleisten, sind deshalb immer Zusatzmaßnahmen notwendig.

Solarthermische Anlagen verwenden in der Regel Wärmespeicher. Diese reichen bei Geräten für Trinkwarmwasser normalerweise für einige Tage aus, um im Sommerhalbjahr auch in der Nacht und während einer Schlechtwetterperiode ausreichend Wärme zur Verfügung zu stellen. Langzeitspeicher, die sommerliche Wärme in den Winter übertragen, sind technisch möglich, aber noch teuer; sie sind meist Forschungsprojekte.

In solarthermischen Kraftwerken wird durch Spiegel konzentrierte Sonnenenergie genutzt, um Hitze zu erzeugen und Dampfturbinen anzutreiben. Wärmespeicher (z.B. Flüssigsalztanks) können einen Teil Wärme (mit geringen Verlusten) aufnehmen, um kurzfristige Bedarfsschwankungen auszugleichen oder die Dampfturbine nachts antreiben.

Solarstrom ist nur mit Verlusten speicherbar. In einem Verbundnetz heben sich die Produktionsschwankungen einzelner Anlagen (z. B. bei wechselnder Bewölkung) jedoch zum Teil auf. Elektrizitätswerke aus anderen Bereichen der regenerativen Energien, beispielsweise Wasserkraftwerke, Windkraftanlagen oder Geothermiekraftwerke können solare Elektrizitätswerke ergänzen. Um kurzfristige Leistungseinbrüche ausgleichen zu können (z.B. wegen schlechten Wetters) sind steuerbare und vor allem dynamische Kraftwerke notwendig. Dieses Kriterium erfüllen beispielsweise Gasturbinenkraftwerke im Gegensatz zu Atomkraftwerken oder Kohlekraftwerken, die nur extrem träge reagieren können.

Potenzial der Sonnenenergie:

Skizze einer möglichen Infrastruktur für eine nachhaltige Stromversorgung in EUropa, dem Nahen Osten (the Middle-East) und Nord-Afrika (kurz: EU-MENA)Als die größte Energiequelle liefert die Sonne pro Jahr eine Energiemenge von etwa 3,9 · 1024 J, das entspricht 1,08 · 1018 kWh, auf die Erdoberfläche. Diese Energiemenge entspricht etwa dem 10.000fachen des Weltprimärenergiebedarfs.

Die Zusammensetzung des Sonnenspektrums, die Sonnenscheindauer und der Winkel, unter dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche fallen, sind abhängig von Uhrzeit, Jahreszeit und Breitengrad. Damit unterscheidet sich auch die eingestrahlte Energie. Diese beträgt beispielsweise etwa 1.000 kWh pro Quadratmeter und Jahr in Mitteleuropa und etwa 2.350 kWh pro Quadratmeter und Jahr in der Sahara. Es gibt verschiedene Szenarien, wie eine regenerative Energieversorgung der EU realisiert werden kann, unter anderem auch mittels Energiewandlung in Nordafrika und Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung. So ergaben zum Beispiel satellitengestützte Studien des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), dass mit weniger als 0,3 Prozent der verfügbaren Wüstengebiete in Nord-Afrika und im Nahen Osten durch Thermische Solarkraftwerke genügend Energie und Wasser für den steigenden Bedarf dieser Länder sowie für Europa erzeugt werden kann. Die Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation, ein internationales Netzwerk von Wissenschaftlern, Politikern und Experten auf den Gebieten der erneuerbaren Energien und deren Erschließung, setzt sich für eine solche kooperative Nutzung der Solarenergie ein.
Es wird auch darüber nachgedacht, Solarenergie per Satellit einzufangen und auf die Erde zu übermitteln.

Ausführlicher zum Thema Sonnenenergie bei Wikipedia.


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