Sonnenenergie
Sonnenenergie, Strahlungsenergie, die in der
Sonne durch Kernfusion erzeugt und nach außen abgestrahlt wird. Die Intensität
der Sonneneinstrahlung an der äußeren Erdatmosphäre wird als Solarkonstante
bezeichnet. Ihr Durchschnittswert beträgt bei einem mittleren Abstand der Erde
von der Sonne 1,37 × 106 Joule
pro Sekunde und Quadratmeter oder zwei Kalorien pro Minute und
Quadratzentimeter. Durch Absorption und Streuung geht beim Weg durch die Atmosphäre
Strahlungsenergie verloren, nur etwa die Hälfte erreicht die Erdoberfläche.
Die Stärke der an einem beliebigen Punkt der Erdoberfläche
empfangenen Sonnenenergie hängt von der Jahreszeit, der Tageszeit und dem
Breitengrad des jeweiligen Ortes ab.
INDIREKTE
NUTZUNG DER SONNENENERGIE
Die auf die Erde einstrahlende Sonnenenergie wird in der Erdatmosphäre,
den Ozeanen und auf den Festländern absorbiert und in Wärme umgewandelt. Eine
andere Wirkung der Sonneneinstrahlung ist die Entstehung der Winde, die seit
vielen Jahrhunderten zum Antrieb von Windmühlen und Schiffen genutzt werden.
Moderne Anwendungen der Windenergie setzen auf leichte und aerodynamisch
gestaltete Windräder, die an Generatoren angeschlossen Strom für lokale
Verbraucher oder für die Einspeisung in überregionale Stromnetze produzieren.
Die Sonnenenergie hält ferner den Wasserkreislauf in Gang. Die von
der Sonne erwämte Luft nimmt den durch Verdunstung entstehenden Wasserdampf auf
und transportiert ihn in höhere Luftschichten, wo es durch Abkühlung zu
Wolkenbildung und Niederschlag kommt. Die in den Niederschlägen gespeicherte
potentielle Energie kann aus den Flüssen in Wasserkraftwerken zum Antrieb von
Turbinen und zur Erzeugung von Strom gewonnen werden.
Pflanzen setzen durch Photosynthese die Sonnenenergie in Biomasse
um, die als Brennstoff in Form von Holz und fossiler Energie (Kohle, Erdöl,
Erdgas) genutzt wird. Darüber hinaus können aus Biomasse auch Brennstoffe wie
Methan oder Alkohol gewonnen werden.
DIREKTE
NUTZUNG VON SONNENENERGIE
Die direkte Nutzung der Sonnenenergie erfolgt durch
Sonnenkollektoren. Diese fangen die Strahlungsenergie der Sonne ein, wozu bei
manchen Kollektortypen die Sonnenstrahlen zuvor noch gebündelt werden. Die so
eingefangene Energie wird durch thermische oder photoelektrische
(photovoltaische) Prozesse nutzbar gemacht. Bei der thermischen Nutzung wird
durch die Sonnenenergie ein Gas oder eine Flüssigkeit erwärmt, die dann
gespeichert oder verteilt wird. Bei der photovoltaischen Nutzung wird
Sonnenenergie ohne zwischengeschaltete mechanische Geräte direkt in elektrische
Energie umgewandelt (siehe Photoelektrischer Effekt). Es gibt zwei Typen
von Sonnenkollektoren.
SPEICHERUNG VON SONNENENERGIE
Aufgrund der täglichen und jahreszeitlichen Schwankungen der
Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche ist es wichtig, dass überschüssige
Sonnenenergie in Zeiten niedrigen Verbrauchs gespeichert werden kann, um den
Bedarf in Jahres- oder Tageszeiten abzudecken, wenn die zur Verfügung stehende
Sonnenenergie den Verbrauch nicht decken kann. Neben einfachen Wasser- und
Bodenspeichersystemen gibt es kompaktere Speichermethoden, die sich die Phasenübergangseigenschaften
eutektischer Salze (Salze, die bei niedrigen Temperaturen schmelzen) zunutze
machen. Darüber hinaus können Batterien als Speicher für überschüssige
elektrische Energie dienen. Andererseits ist es auch möglich, überschüssige
Energie in das allgemeine Stromnetz einzuspeisen und in Zeiten, in denen das
Angebot an Sonnenenergie gering ist, den Fehlbedarf aus dem Stromnetz zu decken.
Allerdings kann diese Alternative aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und
Versorgungssicherheit nicht unbegrenzt angewendet werden. [1]