Solartechnik und Solarsysteme

Die aktive Nutzung von Solarenergie funktioniert im Gegensatz zur passiven Nutzung nur über Solaranlagen. Dass Wasser sich im Sonnenlicht erwärmt, ist für den Menschen selbstverständlich. Ende des 19. Jahrhunderts gab es bereits die ersten Kollektoren, die Sonnenstrahlung zur Warmwasserbereitung einfingen. Die ersten solarthermischen Anlagen entstanden. Auch die Idee der Photovoltaik, die natürliche Energie der Sonne in elektrischen Strom umzuwandeln, reicht bis ins 19. Jahrhundert zurück. Um das Jahr 1840 erkannte Alexandre Edmond Becquerel den photovoltaischen Effekt. Bis zum Bau der ersten Solarzelle dauerte es dann aber noch fast hundert Jahre. Beide Arten der Nutzung von Sonnenenergie – die Solarthermie und die Photovoltaik – haben sich bis heute zu einer effizienten Technik entwickelt.

Meist werden solarthermische Anlagen dazu verwendet, Wasser zu erwärmen, um dieses zum Beispiel für Heizungsanlagen zu nutzen. Auch die Erwärmung von Leitungswasser ist mit Solarthermik möglich. Aus hygienischen Gründen setzt man dafür allerdings eine Flüssigkeit als Wärmeüberträger ein. Ziel der Photovoltaik ist es, möglichst günstig und umweltschonend Strom zu erzeugen. Die Hauptarbeit übernimmt dabei die Solarzelle, die sich meist zu großen Kollektorflächen montiert auf Hausdächern befindet. Die weiteren Teile der Solaranlage speichern den Strom oder speisen ihn in Stromnetze ein.

Hightech macht unser Lebensumfeld angenehmer und nimmt uns viel Arbeit ab. In Zukunft werden wir in einer weiter fortschreitend technisierten Welt leben und viel Strom benötigen. Deshalb ist es sinnvoll, sich so weit wie möglich unabhängig von den Energiepreisen und Energiepolitik zu machen. Erst entsprechende Technik macht die größte der uns zur Verfügung stehenden Energiequellen gezielt nutzbar – die Sonne. Mit Hilfe der Technik lässt sich Strahlungsenergie in Strom oder Wärme wandeln. Speichervorrichtungen fangen Schwankungen der Sonneneinstrahlung auf und machen Solarenergie flexibel das ganze Jahr über bei jedem Wetter nutzbar. Wer sich für Solartechnik entscheidet, kann davon ausgehen, dass in den folgenden zwanzig bis dreißig Jahren nach Installation keine schwerwiegenden Investitionen mehr nötig sind und sich die Anschaffung der Solaranlage rentieren wird. Photovoltaiksysteme und thermische Anlagen liefern preiswerte Energie auf eine Weise, die sich kaum auf unser Klima oder die Natur auswirkt.

Solarthermische Anlagen

Eine solarthermische Anlage verfügt über einen Sonnenkollektor – also eine Fläche, die Sonnenstrahlung sammelt. Anders als bei der Photovoltaik setzt sich der Kollektor nicht aus Solarzellen zusammen, sondern aus einem Absorber, den ein flüssiger Wärmeträger durchfließt. Sonnenstrahlung wird von der Oberfläche als Wärme an diesen Träger weiter gegeben, fließt dann in einen Speicher oder wird direkt zum Erwärmen von Trinkwasser verwendet. Die einfachere Bauweise ist ein aufs Dach installierter Wassertank. So kann die Sonne direkt das Wasser erwärmen ohne Zwischenschritt über einen Wärmeträger. Diese Methode ist aber aus hygienischen Gründen für Trinkwasser weniger geeignet. Seit Ende der 90er Jahre verfügen viele Anlagen über Kollektoren mit hochentwickelten Beschichtungen, die eine Aufnahme von bis zu 96 Prozent der Strahlungswärme erreichen. Erst so ist es möglich, mit Solarthermik Heizungsanlagen zu betreiben. Allerdings sind dafür meist große Kollektorflächen und eine konventionelle Zusatzheizung nötig. Verfügt die Anlage über einen Saisonwärmespeicher, kann sie auch in nördlicheren Regionen im Sommerhalbjahr genügend Energie sammeln, um damit im Winter zu heizen. Bei Passivhäusern arbeitet zusätzlich die Wärmedämmung so gut, dass ganzjährig eine reine Solarheizung ausreichen kann – in Kombination mit einer Lüftungsanlage mit Wärmetauscher.

Solarzellen

Eine Solarzelle verwandelt die Energie der Sonne, also Licht oder Wärme, in Strom. Dafür verfügt sie über eine möglichst große Oberfläche mit einer Antireflex-Beschichtung, um den Lichteinfall optimal nutzen zu können und darunter liegende Halbleiterschichten. Die einzelnen Zellen sind meist zehn mal zehn Zentimeter groß, werden aber zu großen Flächen zusammenmontiert. Über 95 Prozent der Solarzellen bestehen aus dem Halbleiterelement Silizium. Daneben gibt es noch Zellen aus verschiedenen Halbleiterwerkstoffen wie Galliumarsenid, Cadmiumtellurid oder in geringer Zahl auch Zellen aus organischem Material. Silizium ist das am zweithäufigste auf der Erde vorkommende Element und steht damit fast unbegrenzt zur Verfügung. Andere Materialien sind weitaus seltener oder arbeiten weniger effizient.

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