Nutzungsmöglichkeiten der Sonnenenergie
Die Sonne ist ein gigantischer Energiespender. Jährlich erreichen die Erde davon 885 Millionen Terawattstunden (TWh). Das ist sehr viel mehr als genug, um den Weltenergiebedarf von rund 150 Milliarden kWh decken zu können.
Wie viel Sonnenenergie lässt sich nutzen?
Ein Vielfaches der Sonnenenergie wird langfristig in fossilen Energieträgern gespeichert. Diese werden zur Energiegewinnung verwendet. Die direkte Sonnenenergienutzung trägt nur einen kleinen Teil zur Energiebedarfsdeckung bei, denn sie bietet gegenüber fossilen Energiequellen, neben den vielen Vorteilen (keine Verbrennungsrückstände, Ressourcenschonung, homogene Verteilung, emissionsfreie Nutzung), auch einen großen Nachteil: Eine geringe Leistungsdichte und einen daraus resultierenden hohen Flächenbedarf.
Die maximale Leistungsdichte der Sonnenenergie liegt bei 1,3 kW je Quadratmeter. Im Vergleich dazu: Die Leistungsdichte eines Kohlekraftwerks liegt bei 500 kW je Quadratmeter. Hinzu kommen die regionalen sowie die tages- und jahreszeitlichen Schwankungen, die einem konstanten Energiefluss im Wege stehen. Damit die stete Versorgung dennoch gewährleistet werden kann, muss die Sonnenenergie nicht nur nutzbar gemacht, sondern auch gespeichert werden.
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Sonnenenergienutzung durch Photovoltaische Anlagen
Für die Nutzbarmachung der Sonnenenergie stehen dem Menschen solarthermische oder photovoltaische Anlagen mit entsprechenden Speicher- und Nutzungsmöglichkeiten zur Verfügung. So lassen sich mit Hilfe von Solarzellen die auftreffenden Sonnenstrahlen direkt in elektrische Energie umwandeln. Diese Energie kann an Ort und Stelle verbraucht oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
Auch verschiedene Speichermöglichkeiten für aus Sonnenenergie erzeugten Strom beschäftigen die Forscher auf der ganzen Welt. Noch sind Speicher für solar erzeugten Strom groß und teuer, technische Verbesserungen haben aber bereits zu einer Massenproduktion von Solarstromspeichern geführt, was die Kosten entsprechend verringert.
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Sonnenenergienutzung durch Solarthermische Anlagen
Deutlich einfacher gestaltet sich das Speichern von durch Sonnenenergie erzeugter Wärme. Die Sonnenkollektoren, so genannte solarthermische Anlagen, wandeln die Sonnenstrahlen durch das Zusammenspiel von schwarzen Absorbern und einer Wärmeträgerflüssigkeit (meistens Wasser, aber auch Öl) in Wärme um. Diese transportiert die „eingefangene“ Wärme zu einem Wärmespeicher, aus dem sich die gespeicherte Wärme nach Bedarf abrufen oder mittels weiterer technischer Komponenten zu Strom umwandeln lässt.
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Um den Energieumsatz zu erhöhen, wird hierbei eine Bündelung des Sonnenlichts angestrebt. Im Wesentlichen haben sich zur Bündelung drei Ansätze durchgesetzt: Parabolspiegel, Zylinderspiegel und Heliostaten.
Passive Nutzung der Sonnenenergie
Bei der Photovoltaik und der Solarthermie wird Solarenergie aktiv im Rahmen von Technologien in Strom und Wärme transformiert. Darüber hinaus gibt es aber auch Anwendungsmöglichkeiten der passiven oder indirekten Nutzung. Dabei wird die Sonneneinstrahlung durch gestalterische Maßnahmen und bauliche Elemente so gut wie möglich eingesetzt. Sogenannte Passivhäuser beispielsweise erreichen unter anderem mit einer guten Dämmung, dass Wärme im Haus gehalten wird.
Ähnlich funktionieren auch Gewächshäuser, bei denen meist hohe Temperaturen und möglichst wenig Wärmeverlust gewünscht sind. Weitere Maßnahmen, mit der die Sonnenenergie passiv genutzt werden kann, sind spezielle Fenster und Verglasungen sowie die optimale Ausrichtung von Gebäuden oder Bauteilen zum Sonnenstand. Ein sehr praktisches Beispiel: Wer schon einmal eine Immobilie kaufen oder mieten wollte, weiß, dass nach Süden ausgerichtete Balkone und Terrassen besonders begehrt sind.
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