Die Nutzung von Energie aus der Sonne mag wie die naheliegendste und reichlichste erneuerbare Energiequelle erscheinen, die wir haben, aber dies ist alles andere als einfach.
Es erfordert Sonnenkollektoren, um diese Energie einzufangen und in eine Spannung umzuwandeln, und es hat sich als schwierig erwiesen, das Beste aus der Solartechnologie herauszuholen. Denn der Wirkungsgrad von Solarmodulen wird durch das sogenannte Goldilocks-Problem behindert:Photonen müssen genau die richtige Energiemenge haben, um in freie Elektronen umgewandelt zu werden, die zur Spannung beitragen. Zu wenig Energie, und die Photonen passieren das Solarpanel. Zu viel, und die überschüssige Energie verschwindet als Wärme.
Letzteres ist auf die Erzeugung heißer oder hochenergetischer Elektronen zurückzuführen. Bevor diese Elektronen den Solarzellen entzogen werden können, geben sie zunächst überschüssige Energie ab, indem sie das kristalline Material des Solarpanels in Schwingungen versetzen. Dies begrenzt insbesondere, wie effizient Solarzellen sind.
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Solarenergie:Was ist das?
Das Leben auf der Erde könnte ohne die Sonne nicht überleben. Sie sorgt für Licht und Wärme, die Jahreszeiten und den Tag-Nacht-Rhythmus, der für die Entwicklung des Lebens notwendig ist. Heute nutzen wir die Energie der Sonne, um unser Leben mit Energie zu versorgen, und Experten sagen, eines Tages könnte diese Energiequelle alles sein, was wir brauchen. Aber hinter den Schlagzeilen, was genau ist Solarenergie und wie nutzen wir sie? Es gibt zwei Hauptarten von Solarenergie:Photovoltaik und konzentrierte Solarenergie (CSP), auch bekannt als konzentrierte Solarthermie.
Es gibt zwei Hauptarten von Solarenergie:Photovoltaik und konzentrierte Solarenergie (CSP), auch bekannt als konzentrierte Solarthermie.
Solarenergie macht etwa 1 % der weltweiten Stromerzeugung aus, wird aber voraussichtlich in Zukunft eine viel größere Rolle spielen. Es ist eine erneuerbare Energiequelle, die keine Treibhausgase oder giftigen Abfall produziert und auf das Licht der Sonne angewiesen ist, das alle Ecken der Erde erreicht. Es erzeugt Strom mit photovoltaischen Solarzellen, die normalerweise in Solarpanels eingebaut sind und Sonnenlicht auf atomarer Ebene in Energie umwandeln.
Solarenergie:Wie funktionieren Sonnenkollektoren?
Solarzellen nutzen eine Eigenschaft, die als photovoltaischer Effekt bezeichnet wird und den Vorgang beschreibt, bei dem ein Photon oder ein Lichtteilchen mit der richtigen Wellenlänge auf die Zelle trifft und ein Elektron zum Fließen bringt. Dieser Effekt wurde erstmals 1839 von Henri Becquerel, einem französischen Physiker und Nobelpreisträger, bemerkt.
Die meisten Photovoltaikzellen bestehen aus einem dünnen Halbleiterfilm, der ein elektrisches Feld erzeugt. Einfach gesagt, wenn ein Elektron durch Licht angeregt wird, das auf die Zelle trifft, fließt es von einer Seite des Halbleiters zur anderen und erzeugt einen Strom.
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Vor- und Nachteile der Solarenergie
Einer der Vorteile der Verwendung von Solarzellen ist, dass ihre Größe keine Rolle spielt, wenn es um die Effizienz geht. Beispielsweise ist ein 10-Quadratmeter-Array aus PV-Zellen genauso effizient wie ein 10-Quadratkilometer-Array – weshalb die Entwicklung von netzunabhängigen Solarzellen für Privathaushalte und Unternehmen Fahrt aufnimmt. Das ist anders als bei anderen erneuerbaren Energien. Im Vergleich dazu wäre eine Windkraftanlage in Ihrem Garten zehnmal kleiner als eine in einem Windpark und bei weitem nicht so effizient.
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Das ist auch der Grund, warum Unternehmen wie Google Solarmodule entwickeln und warum Ikea und Tesla Haushaltsbatterien entwickeln und verkaufen, die diese Energie für netzunabhängige Haushalte speichern.
Damit Solarenergie jedoch weit verbreitet wird, müssen wir einen Weg finden, die von der Sonne erzeugte Energie effizienter zu speichern.
Ein 2015 von Physikern des Massachusetts Institute of Technology veröffentlichter Bericht ergab, dass Solarenergie das Potenzial hat, den weltweiten Strombedarf zu decken.
„Photovoltaik auf Siliziumbasis hat die nachgewiesene Kapazität, die Zuverlässigkeit und die verfügbaren Ressourcen [um die Welt mit Strom zu versorgen] und auch um elektrische Energie für einen großen Teil des Land- und Seetransports bereitzustellen“, Robert Jaffe, MIT-Physiker und Mitautor von der Bericht, sagte Alphr.
Aber so weit sind wir noch nicht. „Die einzige fehlende Zutat ist derzeit eine große, robuste und billige elektrische Energiespeicherung“, fügte Jaffe hinzu. „Und derzeit gibt es keine offensichtlichen Kandidaten.“
Solarenergie:Solarenergie in Großbritannien
Das Vereinigte Königreich mag nicht wie ein Hauptkandidat für Solarenergie erscheinen, aber das hat nicht verhindert, dass eine 1-Milliarde-Pfund-Regierungsinitiative gestartet wird, mit der einkommensschwache Haushalte in ganz England und Wales kostenlose Solarmodule erhalten werden.
In Zusammenarbeit mit den Experten von Solarplicity werden 800.000 Haushalte die Solarmodule innerhalb der nächsten fünf Jahre erhalten, und das Unternehmen für erneuerbare Energien wird mit lokalen Behörden und Anbietern von Sozialwohnungen zusammenarbeiten, um die Module direkt in ihren Häusern zu installieren.
Solarplicity behauptet, dass die Pläne einigen der ärmsten Menschen des Landes etwa 240 £ pro Jahr an Energierechnungen sparen werden, verglichen mit den Preisen, die von den britischen Energieversorgern verlangt werden. Die Bewohner werden auch darüber aufgeklärt, wie sie Energie sparen können, indem sie verschiedene Glühbirnen verwenden und intelligente Zähler installieren.
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Die ersten 100.000 Wohnungen werden bis Ende 2018 ausgestattet und das Projekt wurde mit 192 Millionen Pfund von der niederländischen Firma Maas Capital unterstützt, die die Pläne am Wochenende bestätigte.
Anfang August begann Ikea mit dem Verkauf von Solarmodulen und Batterien in Großbritannien – ein Schritt, von dem behauptet wurde, dass er die Energierechnungen um bis zu 560 £ pro Jahr senken könnte. Der Einzelhändler hat sich mit Solarcentury zusammengetan, um Heim-Solarsysteme für „ab 3.000 £“ anzubieten. Es hat auch einen Online-Rechner gestartet, der Ihnen hilft, herauszufinden, wie viel Sie Ihre Energierechnungen einsparen könnten, indem Sie einfach Ihre Postleitzahl eingeben.
Vor kurzem brachte Google sein Project Sunroof in einer Partnerschaft mit dem Energieversorger E.ON nach Großbritannien. Das Online-Tool bewertet mithilfe von Google Earth, Google Maps und maschinellem Lernen, wie geeignet Ihr Zuhause für Solarenergie ist. Das Tool ist noch nicht in allen Regionen des Vereinigten Königreichs verfügbar, soll aber in den kommenden Monaten breiter eingeführt werden.
Solarenergie:Solarenergie weltweit
Länder wie China sind führend, wenn es um großflächige Solarentwicklung geht. Die chinesische nationale Energiebehörde (NEA) veröffentlichte Anfang dieses Jahres Statistiken über die Solarenergieproduktion, aus denen hervorgeht, dass sich die Produktion im Jahr 2016 verdoppelte und bis Ende des Jahres gigantische 77,42 Gigawatt erreichte. Die China Merchants New Energy Group (CMNE), einer der größten Betreiber sauberer Energie des Landes, baute letzten Monat ebenfalls eine pandaförmige Solaranlage, um Kinder für erneuerbare Energien zu interessieren.
An anderer Stelle ist das Solardach von Elon Musk ein von Tesla hergestelltes solarbetriebenes Dach, das aus Glasziegeln besteht, in die Photovoltaikzellen eingebettet sind. Musk stellte das Solardach Ende 2016 vor und begann im Januar mit der Herstellung der Dachziegel.
Das Problem bei der Nutzung von Photovoltaik ist, dass sie nur dann Strom erzeugen kann, wenn die Sonne scheint, also nachts nichts mit Strom versorgen könnte. Derzeit gibt es keine effiziente Möglichkeit, Strom in großem Maßstab zu speichern, was dies zur größten Herausforderung für Unternehmen im Bereich der erneuerbaren Energien macht.
Elon Musk, CEO von Tesla, hat versprochen, in Australien eine 100-MW-Lithium-Ionen-Batteriespeicherfarm zu bauen, die nach ihrer Fertigstellung die größte ihrer Art wäre. Musk sagte, dass das System innerhalb von 100 Tagen nach Vertragsunterzeichnung installiert und betriebsbereit sein würde.
Jenseits von Sonnenkollektoren
Neben der Photovoltaik gibt es noch eine weitere Methode der Solarstromerzeugung, die oft übersehen wird, aber bereits gespeichert werden kann. CSP-Anlagen verwenden Spiegel, um das Licht der Sonne zu konzentrieren. Dabei entsteht Wärme, die eine bestimmte Ölsorte erwärmt. Das Öl erhitzt Wasser, das Dampfturbinen antreibt und Strom erzeugt. Diese thermische Energie kann gespeichert und bei Bedarf zur Stromerzeugung genutzt werden. Energie als Wärme zu speichern ist jedoch ineffizient.
Bilder:Pixabay/Wikimedia Commons