Die Energieversorgung der Erde beruht heute hauptsächlich auf der Verbrennung fossiler
Brennstoffe. Die Energieversorgung durch fossile Brennstoffe ist jedoch mittel- bis langfristig
unsicher. In den vergangenen Jahren und speziell in den
letzten Monaten sind an den Weltmärkten die Preise für fossile Rohstoffe kontinuierlich
angestiegen. Ein Sinken der Rohstoffpreise wird im Allgemeinen nicht erwartet, da die
Nachfrage auf dem zur Zeit herrschenden hohen Niveau verharren beziehungsweise durch
die Entwicklung von bevölkerungsreichen Regionen der Erde, wie China und Indien, weiter
zunehmen wird. Die Angebotsseite produziert bereits an den Kapazitätsgrenzen und die
Verknappung der fossilen Rohstoffe limitiert langfristig das Produktionspotential. Aufgrund dieser Situation rücken alternative Energiequellen wieder verstärkt in den Fokus
des allgemeinen Interesses. Der Brennpunkt liegt hierbei besonders auf der Nutzung von
erneuerbaren Energien wie der Windenergie, Energie aus Biogas, Erdwärme und der Solarenergie.
Diese Energien werden von der Natur kostenlos bereitgestellt. Sie müssen lediglich
genutzt werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den verschiedenen Technologien
zur Nutzung der Solarenergie.
Im Verlauf dieser Arbeit werden die verschiedenen Technologien zur Nutzung der Sonnenenergie,
Solarthermie und Photovoltaik, vorgestellt. Die verschiedenen technischen
Funktionsweisen der beiden Technologien werden erklärt und deren Einsatzbereiche aufgezeigt.
Die Technologien sind bereits seit sehr langer Zeit bekannt, werden jedoch bisher
kaum genutzt. Dies liegt an den bis heute noch sehr hohen Kosten für die technische Nutzbarmachung
dieser Energien: Die Solartechnologien sind noch nicht wettbewerbsfähig.
Durch technologischen Fortschritt, höhere Wirkungsgrade und nicht zuletzt durch die aktuelle
Situation am Energiemarkt wird sich dies jedoch ändern.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Technologien
2.1 Photovoltaik
2.1.1 Photoeffekt
2.1.2 Die Herstellung von Solarzellen
2.1.2.1 Monokristalline Solarzellen
2.1.2.2 Polykristalline Solarzellen
2.1.2.3 Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium
2.1.3 Einsatzbereiche photovoltaischer Energiegewinnung
2.1.3.1 Autonome Systeme
2.1.3.2 Netzgekoppelte Systeme
2.1.4 Historische Entwicklung
2.2 Solarthermie
2.2.1 Funktionsweise und Einsatzbereiche solarthermischer Energiegewinnung
2.2.1.1 Solarkollektoren
2.2.1.2 Solarthermische Kraftwerke
2.2.1.2.1 Parabolrinnenkraftwerke
2.2.1.2.2 Solarturmkraftwerke
2.2.1.2.3 Aufwindkraftwerke
3 Perspektiven solarer Energiegewinnung
4 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Diese Seminararbeit untersucht das Potenzial der Solarenergie als alternative Energiequelle angesichts der Begrenztheit und Unsicherheit fossiler Brennstoffe. Die Forschungsfrage konzentriert sich darauf, wie die beiden Haupttechnologien Photovoltaik und Solarthermie technisch funktionieren, wo ihre Einsatzgebiete liegen und welche wirtschaftlichen sowie technologischen Perspektiven ihre großflächige Nutzung bestimmen.
- Grundlagen der Photovoltaik und der Halbleitertechnologie
- Unterschiedliche Herstellungsprozesse und Wirkungsgrade von Solarzellen
- Anwendungsbereiche in autonomen und netzgekoppelten Systemen
- Funktionsweise solarthermischer Kraftwerke (Parabolrinnen, Solarturm, Aufwind)
- Wirtschaftliche Entwicklung und Zukunftsperspektiven der Solarenergienutzung
Auszug aus dem Buch
2.1.3 Einsatzbereiche photovoltaischer Energiegewinnung
Wie aus den bisherigen Ausführungen hervorgeht, ist der Zweck der Photovoltaik die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Eine einzelne Solarzelle erbringt jedoch nur eine relativ geringe Leistung, welche für technische Anwendungen nicht genutzt werden kann. Deshalb werden mehrere Solarzellen durch parallele und serielle elektrische Schaltung zu Modulen verbunden, welche bereits eine wesentlich höhere Leistung erzielen. Bei der Serienschaltung addieren sich die Spannungen der einzelnen Zellen zu einer Gesamtspannung. Der Strom der Gesamtspannung ist jedoch nur so groß wie der der schwächsten Zelle. Bei einer Parallelschaltung bleibt die Spannung konstant, die Ströme der einzelnen Zellen addieren sich jedoch zu einem Gesamtstrom. In der Praxis kommen in einem Solarmodul beide Verschaltungen kombiniert zur Anwendung. Die Solarmodule können wiederum in Reihe oder parallel geschaltet werden, so dass ein Solargenerator entsteht. Dessen Leistung ist letztendlich abhängig von der Anzahl der Solarmodule und der Art der Anwendung.
Als autonomes System wird ein System bezeichnet, wenn es seinen benötigten elektrischen Strom nur aus dem Solargenerator bezieht. Es ist kein Anschluss an ein externes Stromnetz vorhanden. In solchen Systemen wird der Stromverbraucher entweder direkt mit dem produzierten Gleichstrom versorgt oder in einem Akkumulator bis zur Nutzung zwischengespeichert. Typische Anwendungen von autonomen Systemen ohne Akkumulatoren sind beispielsweise Taschenrechner und elektrische Küchenwaagen. Der zur Betreibung der LCD Displays benötigte elektrische Strom wird von Solarzellen produziert. Ein Akkumulator ist hier nicht nötig, da man im Dunkeln das Display sowieso nicht lesen kann. Beim Gebrauch dieser Geräte ist also immer Licht vorhanden, welches die Solarzellen betreiben kann. Autonome Systeme kommen aber auch in Bereichen zur Anwendung, wo kein externes Stromnetz zur Verfügung steht. So werden in ländlichen und technisch noch nicht entwickelten Gebieten Pumpen mit Solarenergie betrieben. Diese Pumpen sorgen für Wasser, welches oft aus großen Tiefen an die Oberfläche gepumpt werden muss. Eine weitere Anwendung ist die Stromversorgung von Trinkwasseraufbereitungsanlagen in solchen Regionen. Aber auch Mobilfunksendeanlagen, die in Regionen abseits vom öffentlichen Stromnetz erstellt werden müssen, um ein hohe Netzabdeckung zu erreichen, werden durch autonome Solarsysteme betrieben.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die abnehmende Sicherheit fossiler Energieträger und identifiziert die Solarenergie als eine der zentralen, regenerativen Alternativen für die zukünftige Energieversorgung.
2 Technologien: Dieses Kapitel erläutert die physikalischen Grundlagen der Solarstrahlung sowie die beiden technologischen Hauptzweige: Photovoltaik zur direkten Stromerzeugung und Solarthermie zur Wärmegewinnung.
2.1 Photovoltaik: Hier werden der Photoeffekt, die Halbleiter-Technologie, verschiedene Solarzellentypen und die Einsatzmöglichkeiten von autonomen bis zu netzgekoppelten Anlagen detailliert beschrieben.
2.2 Solarthermie: Das Kapitel befasst sich mit der Umwandlung von Solarstrahlung in Wärme durch Kollektoren und verschiedene Kraftwerkstypen wie Parabolrinnen-, Solarturm- und Aufwindkraftwerke.
3 Perspektiven solarer Energiegewinnung: Es werden die Kostenstrukturen und das zukünftige Wachstumspotenzial von Photovoltaik und Solarthermie analysiert, wobei auch der Einfluss von Subventionen betrachtet wird.
4 Zusammenfassung: Das Fazit fasst die Relevanz der Solarenergie zusammen und unterstreicht die Notwendigkeit technologischer Weiterentwicklungen, um die langfristige Wettbewerbsfähigkeit zu sichern.
Schlüsselwörter
Solarenergie, Photovoltaik, Solarthermie, Silizium, Halbleiter, Solarzelle, Solarkollektoren, Erneuerbare Energien, Netzgekoppelte Systeme, Autonome Systeme, Wirkungsgrad, Solarstrahlung, Energiegewinnung, Fossile Brennstoffe, Nachhaltigkeit
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit den technologischen Möglichkeiten zur Nutzung der Solarenergie als Ersatz für fossile Brennstoffe.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die beiden Haupttechnologien Photovoltaik und Solarthermie, ihre Funktionsweisen, Einsatzgebiete und Zukunftsaussichten.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, den aktuellen Stand und die Entwicklungspotenziale von Solartechnologien aufzuzeigen und deren Beitrag zur zukünftigen globalen Energieversorgung zu bewerten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literatur- und Technologieanalyse, die technische Funktionsweisen erläutert und wirtschaftliche Perspektiven einordnet.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die physikalischen Grundlagen der Solarstrahlung, die Herstellung und Anwendung von Photovoltaikzellen sowie die Technik von Solarthermie-Kraftwerken.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Photovoltaik, Solarthermie, Wirkungsgrad, Energiewende, Silizium und regenerative Energiequellen charakterisiert.
Wie unterscheidet sich die Photovoltaik von der Solarthermie in ihrer Funktion?
Während die Photovoltaik Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umwandelt, wandelt die Solarthermie die Strahlung in Wärme um, die wiederum genutzt oder in Strom transformiert wird.
Warum spielt die Solarthermie global eine größere Rolle als die Photovoltaik?
Der Autor führt dies darauf zurück, dass die Solarthermie aufgrund höherer Wirkungsgrade bereits heute effizienter in großindustriellen Kraftwerksdimensionen eingesetzt werden kann.
Welche Rolle spielt die Dotierung bei der Herstellung von Solarzellen?
Die gezielte Dotierung von Silizium mit Stoffen wie Bor oder Phosphor ist entscheidend, um den Halbleiter-Effekt zu erzeugen und die Leitfähigkeit gezielt zu steuern.
Welchen Einfluss haben staatliche Förderprogramme?
Staatliche Förderungen, wie das 100.000-Dächer-Programm, wirken als Katalysatoren für die Markteinführung und den Ausbau, da sie die anfangs hohen Kosten kompensieren.
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- Dipl.-Kfm. Christoph Bauer (Autor), 2005, Verschiedene Nutzungsmöglichkeiten der Solarenergie, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/151723
