Powersolar – Die Sonnenseite der Energie

CO2 (Kohlendioxid)

Kohlendioxid ist ein unsichtbares und geruchloses Gas aus Kohlenstoff und Sauerstoff. In der Erdatmosphäre ist der Anteil des CO2 mit 0,036% im Verhältnis zu anderen Gasen gering. Trotzdem ist es als natürliches Treibhausgas mitverantwortlich für die Temperaturen auf der Erdoberfläche, die das Leben überhaupt erst ermöglichen. Die Erhöhung der CO2-Konzentration in den letzten Jahrzehnten wird durch die Verbrennung fossiler Energieträger hervorgerufen und trägt zu einem großen Anteil zur Klimaerwärmung bei.

Energie

Energie ist eine Messgröße, die auf verschiedene Weise in Erscheinung treten kann, deren Zahlenwert aber immer gleich bleibt.
Es gibt unterschiedliche Energieformen (mechanische, thermische, elektrische, chemischer Energie, sowie Kern- und Strahlungsenergie), die nicht erzeugt oder vernichtet, aber ineinander umgewandelt werden können.

Typische Energieträger, die für Stromerzeugung, Wärmegewinnung und zum Antrieb von Maschinen verwendet werden:

• Chemische (fossile) Energie: Kohle, Torf, Erdöl, Ölsande/Ölschiefer, Erdgas
• Kernenergie: Uran, Plutonium, »schwerer« Wasserstoff (Deuterium, Tritium)
• Erneuerbare Energien: Wind, Biomasse, Sonne, Wasserkraft, Geothermie

Die Einheit der Energie ist das Joule (J): 1 J = 1 Nm (Newtonmeter) = 1 Ws (Wattsekunde).

Erneuerbare Energien

Erneuerbare oder auch regenerative Energien bezeichnen nachhaltige Energiequellen, die sich ständig erneuern und deshalb sehr lange zur Verfügung stehen, bzw. unerschöpflich sind. Auf der Erde können diese Energiequellen zum Beispiel in Form von Wasserkraft, Windenergie, Sonnenlicht und -wärme, Biomasse und Erdwärme genutzt werden. Regenerativen Energieträger sind umweltverträglich und kohlendioxidneutral, d. h. sie emittieren entweder kein Kohlendioxid oder nicht mehr als sie während ihrer Entstehung aufgenommen haben. Sie tragen also nicht zur globalen Erwärmung bei. Langfristig werden die erneuerbare Energiequellen die fossilen Energiequellen sowie die Kernspaltung wahrscheinlich zum Großteil ersetzen, da diese nur in begrenztem Umfang zur Verfügung stehen und ihr Einsatz ökologisch problematisch ist.

Hybrid-Kollektor

Der Hybrid-Kollektor sammelt die Energie der Sonne und wandelt diese nach den Prinzipien der Solarthermie und Photovoltaik in Wärme und Strom um. Durch die Kombination werden die Nachteile der einzelnen Systeme minimiert und Vorteile generiert: Der Hybrid-Kollektor nutzt sowohl den sehr energiereichen infraroten Teil wie auch den sichtbaren Teil des Sonnenspektrums optimal. Die Solarthermie fungiert in dem System als effektive Kühlung und verhilft der Photovoltaik zu einer Effizienzsteigerung von bis zu 25%.

Photosynthese

Photosynthese ist die wichtigste Stoffwechselleistung von Pflanzen und einigen Bakterien. Vereinfacht bezeichnet man darunter die Synthese von Kohlendioxid (CO2) und Wasser unter Lichteinwirkung zu »Pflanzenmaterial«. Dieser Prozess verschafft Pflanzen Nahrung für ihr Wachstum und setzt als Nebenprodukt Sauerstoff frei, der in die Atmosphäre abgegeben wird.

Photovoltaik

Die direkte Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie wird als Photovoltaik bezeichnet. Hierbei wird der sichtbare Bereich des Lichtspektrums der Sonne genutzt (etwa 380 bis 780 Nanometer). Photovoltaikanlagen auf Dächern oder Freiflächen nutzen dieses Prinzip zur umweltfreundlichen Stromerzeugung: Solarmodule erzeugen durch Sonnenenergie Gleichstrom, ein Wechselrichter wandelt diesen in Wechselstrom um und dieser wird anschließend einem Verbraucher oder dem öffentlichen Netz zugeführt.

Peakleistung (Nennleistung)

Als Peakleistung oder auch Nennleistung wird in der Photovoltaik die maximal mögliche Leistung eines Solarmoduls bei Standardbedingungen definiert. Die Leistung wird in Watt gemessen und meist in kWp (Kilowatt peak) angegeben. Als Standardbedingung wird eine optimale Sonneneinstrahlung von 1000 Watt pro Quadratmeter bei einer Modultemperatur von 25°C angesetzt.

Solarmodul (Photovoltaikmodul)

Als Solar- oder PV-Modul (Photovoltaikmodul) werden mehrere aneinander angeschlossene Solarzellen bezeichnet, die vor Witterungseinflüssen geschützt zwischen zwei Glas- oder Kunststoffscheiben eingebettet liegen. Solarmodule werden in der Regel in Metallrahmen (z. B. Aluminium) auf Dächer oder Trägergestelle montiert. Die Module produzieren über 30 bis 35 Jahre Strom.

Solarthermie

Solarthermie bezeichnet die direkte Umwandlung der Sonnenenergie in nutzbare Wärme. Dies geschieht durch Erwärmung eines Speichermediums über einen Solarkollektor (von lateinisch colligere = (auf)sammeln). Solarthermieanlagen nutzen den sehr energiereichen infraroten Teil des Sonnenspektrums (etwa 780 bis 1700 Nanometer). Das Prinzip wird z. B. von Sonnenkollektoren auf Wohnhäusern zur Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung genutzt. Im Sommer können durch moderne thermische Solaranlagen mehr als 90%, im Winter immerhin bis zu 50% des Brauchwassers bereitgestellt werden.

Solarzelle

Eine Solarzelle oder photovoltaische Zelle ist ein elektrisches Bauelement, das meistens aus Silizium gefertigt wird. Unter Zufuhr von Licht oder Wärme werden positive und negative Ladungsträger darin freigesetzt (Photoeffekt) und so Gleichstrom erzeugt, der direkt Motoren antreiben oder Akkus aufladen kann. Zum Betrieb von Verbrauchern mit 230 Volt Wechselspannung oder zur Einspeisung des Stroms ins öffentliche Netz, wird ein Wechselrichter benötigt.

Treibhauseffekt

Der Treibhauseffekt beschreibt die Tatsache, dass die Erdatmosphäre zwar die von der Sonne kommende kurzwellige Strahlung passieren lässt, die von der Erdoberfläche abgestrahlte, langwellige Wärmestrahlung aber reflektiert bzw. absorbiert. Die Folge ist eine Temperaturerhöhung und ein Temperaturausgleich zwischen Tag und Nacht. Die Menge der abgestrahlten Energie ist von der Zusammensetzung der atmosphärischen Gase abhängig. Durch stark gestiegene Emissionen der Industrieländer hat sich diese Zusammensetzung atmosphärischer Spurengase verändert und zu einer Erwärmung des globalen Klimas beigetragen.

Wechselrichter

Ein Wechselrichter (auch Inverter oder DC-AC-Konverter genannt) ist ein elektrisches Gerät, das Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom umwandelt.

Wirkungsgrad

Als Wirkungsgrad wird im Allgemeinen das Verhältnis der nutzbaren zur eingesetzten Energie bezeichnet. Der Wirkungsgrad wird mit η (Eta) bezeichnet und hat einen Wert zwischen 0 und 1 oder, in Prozent ausgedrückt, zwischen 0 und 100%.

Photovoltaikanlagen erreichen derzeit einen Wirkungsgrad von 11 bis 17%, Solarthermieanlagen können zwischen 25 und 40% der Sonnenstrahlung umwandeln.