Solarenergie

Thermische Nutzung

Der Versuch mit dem Erlenmeyerkolben zeigt das die Sonnenenergie auch thermisch genutzt werden kann.

Die Sonnenenergie wird thermisch genutzt:

Brauchwasserheizung

Freibäder

Sonnenöfen

Solartürme

Aufbau eines Kollektors:

Funktionsweise des Kollektors:

Sonnenstrahlung durchdringt die obere Glasplatte. Sie wird von dem metallenen, dunkelfarbigen Absorber absorbiert. E_kin des Absorbers nimmt zu.

Die nicht absorbierte Energie wird von der Glasplatte sowie von der Isolierung größtenteils zurückgehalten. Zur weiteren Dämmung kann man die Absorberrohre noch in Vakuum einschließen.

Die Wärmeleitungen im Absorber werden durch die Energie erwärmt (Photothermische Wandlung). E_kin der Flüssigkeit nimmt zu, es kommt dadurch zur Erwärmung.

Die Wärmeträgerflüssigkeit wird zum Wärmetauscher gepumpt. Dort wird die Energie wird zur weiteren Verwendung abgegben.

Die Kollektoren haben einen Wirkungsgrad von über 50%, im Winter allerdings nur 20% da die Temperaturdifferenz zwischen Absorber und Umgebung größer ist.

Im Sommer kann der Brauchwasserbedarf vollständig gedeckt werden während des restlichen Jahres nur zum Teil.

Im Jahr kann so bis zu 60% gespart werden.

Schema einer solaren Brauchwasserheizung:

                         

Kollektor

Warmwasserspeicher

Temperaturgesteuerte Umwälzpumpe

Zusatzheizung

Brauchwasser

Die Sonnenstrahlen können zudem noch durch Spiegel konzentriert werden, man spricht dann von einem Sonnenofen. In geeigneter Bauform kann man ihn tagsüber als Kochstelle verwenden und so Brennmaterial sparen.

Wenn die Sonnenstrahlen auf einen Turm gelenkt werden bezeichnet man dies einen Solarturm. Der Turm gibt die Energie mittels Wärmeträgerflüssigkeit an einen Dampferzeuger ab, der wiederum eine Turbine antreibt die mit Hilfe eines Generators dann Strom erzeugt.

Diese Anlagen benötigen jedoch einen großen Platz für die Aufstellung der Spiegel und arbeiten auch in Sonnenreichen Gegenden (z.B. Wüste) noch nicht wirtschaftlich genug.

Solar-Wasserstoff-Technik

Die Photovoltaik-Anlagen erzeugen nur elektrische Energie wenn genügend Licht vorhanden ist. Ein Weg um die erhaltene Energie zu speichern besteht in der Solar-Wasserstoff-Technik.

Versuch:

Kathode

Wasserstoff

Anode

Sauerstoff

Aufbau: Ein hofmannscher Apparat wird mit Wasser gefüllt und zur besseren Leitfähigkeit etwas Säure hinzugegeben.

Beobachtung:Bei anlegen einer Gleichspannung (bereits ab ca. 5V) ist in beiden Schenkeln des Apparats eine deutliche Gasentwicklung zu beobachten.

Ergebnis: Das Wasser wird in seine Bestandteile zersetzt.

Bei der Anode entsteht Sauerstoff (Nachweis durch Glimmspannprobe), an der Kathode Wasserstoff (Nachweis durch Knallgasprobe).

Die Energie die im Wasserstoff gespeichert ist kann durch Verbrennung wieder freigesetzt werden.

Die Speicherung der Energie hat jedoch große Nachteile:

bei gleichem Druck größeres Volumen (z.B. dreifache gegenüber Erdgas)

bei hohem Druck schlecht speicherbar, Wasserstoffatome sind klein, entweichen deswegen durch die Behälterwand.

Bei flüssiger Speicherung hoher Energieaufwand

Lagerung gefährlich, Explosionsgefahr

In Neunburg vorm Wald ist 1990 eine Pilotanlage in Betrieb gegangen:

8500 Solarmodule

jährlich 360 000 kWh Energie

reicht für ca. 90 Haushalte