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SOLARENERGIE
DIE SONNENERGIE - FREIE ENERGIE
Die auf die Erde eintreffende Strahlungsenergie beträgt rund das 10 000-fache des Welt-Primärenergieverbrauches.
Dieses Angebot ist ein Geschenk des Himmels, die Sonnenenergie kann unseren gesamten Energie bedarf zu 100 % decken, dafür müsste nur ein Bruchteil der Erdoberfläche mit Solaranlagen bedeckt werden. Unsere derzeitige Ausbeute dieser enormen Energiequelle ist jedoch nur dürftig.
Die Sonnenenergie ist umweltfreundlich, klimaverträglich, kostenlos und reicht noch 4,5 Milliarden Jahre.
Wie muss eine Solaranlage gebaut sein, damit diese auch im Winter ihren Nutzen bringt. Ist dieses überhaupt möglich?
Unser unerschöpfliches Kraftwerk, die Sonne, hat eine Oberflächentemperatur von 5500°C. Diese enorme Energie kann und muss nutzbar gemacht werden. Voraussetzung hierfür ist die Anwendung einer geeigneten Technik.
Welche Technik würde sich jedoch dafür eignen?
Eine dreiköpfige Familie hat am Tag z.B. einen Warmwasserbedarf von ca. 120 l. Diese Menge sollte durch die Sonnenenergie, auf min. 50° C erwärmt werden, auch im Winter, bei unter 0°C.
Solarenergie hat von allen regenerativen Energieträgern das mit Abstand höchste Potenzial.
Die Sonnenergie
Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie. Die Intensität der Sonneneinstrahlung beträgt an der Grenze der Atmosphäre etwa 1,367 kW/m².
Die auf die Erdoberfläche auftreffende Strahlung (bei klarem Himmel) beträgt auf eine senkrecht dazu stehende Fläche noch ungefähr 0,8 – 1 kW/m² (Abb. 1 Sonnenstrahlen a).
Verteilung der Sonnenergie
Die Erde ist keine der Sonne zugewandte Scheibe, sondern eine Kugel. Die Sonnenstrahlen treffen somit nicht senkrecht auf die Erde ein, sondern in den meisten Regionen schräg. Auf schräg zur einfallenden Strahlung aufgestellte Flächen trifft eindeutig weniger Energie auf.
Aufgrund dieser Schräge ist die Energieausbeute ziemlich gering, speziell am frühen Vormittag sowie am späten Nachmittag.
In beiden Fällen ist der Strahlungseinfallswinkel weit unter 40°. In den Wintermonaten wirkt sich dieses verstärkt aus (Abb. 1, Sonnenstrahlen b.).
Von dieser Problematik sind besonders die starr installierten Solaranlagen betroffen.
Abb. 1 Eine gleiche Energiemenge, die durch Sonnenstrahlen zur Erdoberfläche übertragen wird, trifft je nach Einfallswinkel der Strahlen auf eine unterschiedlich große Fläche.
Mehr Energie durch einen geeigneten Einfallswinkel
Der Neigungswinkel von starr installierten Solar-anlagen ist meist nur an die Sommerzeit angepasst. Selbst hier sind diese Anlagen nur wenige Stunden am Tag optimal zur Sonne ausgerichtet.
Abb. 2 Vergleich, Energieertrag anhand nachgeführter- und starrer Ausführung.
A Wird jedoch eine Solaranlage entsprechend dem Sonnenstand nachgeführt, liefert sie von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang deutlich mehr Energie. Eine in etwa gleiche Energieausbeute von beiden Systemen ist nur während der Mittagszeit gegeben.
Der Vorteil des nachgeführten Solarsystems ist in dem oben gezeigten Diagramm (Abb. 2) eindeutig erkennbar.
Bei diesem System ist die Energieausbeute bis zu 40% höher.
Energie Ertragsdifferenz, verursacht durch Einfallswinkel der Sonnenstrahlen.
Eine Veränderung des optimalen Einfallswinkels (90°), führt unweigerlich zu einer Streuung des Sonnenlichts. Hierbei verteilt sich eine bestimmte Energiemenge auf eine größere Fläche (z.B. vormittags od. nachmittags), siehe Abb.
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