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Arten von Solaranlagen

Solaranlagen sind technischen Anlagen, welche Sonnenenergie in eine andere Energie (z.B. Strom) umwandelt. Die häufigste Umwandlung ist die von Sonnenenergie in elektronische Energie, man spricht auch von der kinetischen Energie, da hier die Energie der Sonne in bewegliche Teile (Turbine, Generator oder Motor) geleitet wird, so spricht man auch von einem Solarkraftwerk.

Es gibt unterschiedliche Typen von Solaranlagen:

  • Thermische Solaranlagen
  • Thermische Solarkraftwerke
  • Photovoltaikanlagen

Thermische Solaranlagen

Thermische Solaranlagen arbeiten mit Sonnenkollektoren und Vkuumröhrenkollektoren, können zur Erwärmung von Trinkwasser (Dusch- und Badewasser) und zur Wärmegewinnung für Räumheizungen und zum Kochen verwendet werden.
Die speziell beschichtete Absorberoberfläche eines thermischen Kollektors werden durch die Sonnenstrahlen erhitzt. Durch ein Rohr des Absorbers strömt eine Flüssigkeit oder auch ein Gas (Wärmetransportmedium), welche die Wärme aufnimmt. Mit Hilfe einer Pumpe oder einen Ventilators wird die erwärmte Flüssigkeit (oder Gas) zum Speicher weitergeleitet, wo es dort ankühlt und wieder zum Absorber geleitet wird (Kreislauf).

In Europa, vor allem Zentraleuropa, können mit thermischen Solaranlagen bis zu 60% des Energiebedarfs zur Erwärmung von Trinkwasser gedeckt werden. Es können auch mehr Einsätze dieser Technik in der Gebäudeheizungstechnik ermöglicht werden. Eine thermische Solaranlage kann die Heizung unterstützen, aber der Deckungsbeitrag ist von verschiedenen Faktoren (Bedarf, Speicher, Medium usw.) abhängig.
Was alles mit einer solchen Anlage möglich ist, zeigte der Schweitzer Ingeniuer Josef Jenni an dem Projekt des Oberburger Sonnenhauses. Bei einem entsprechend hohen Aufwand, kann einen eine hunderprozentige Deckung des Wärmebedarf eines Einfamilienhauses erreicht werden, dies ist auch bei einem Mehrfamilienhaus möglich.

Des weiteren werden thermische Solaranlagen auch in der Industrie und im Gewerbe eingesetzt. Vor allem in der Lebensmittelindustrie gibt es viele Gebiete zur Anwendung, bei denen die notwendigen Temperaturen von 60-100°C mit Kollektoren erreicht werden können.

In Schweden, Dänemark und Österreich ist die Versorgung vom warmen Trinkwasser durch thermische Energie schon weiter verbreitet. Mit Großanlagen und dafür speziell angefertigte Kollektoren, kann so in ca 100 Ortschaften die konventionelle Energieversorgung unterstützt werden.  Im Sommer können so durch viele kleinen Netze von Solaranlagen Biomassekessel ersetzen. In der Stadt gibt es aber auch schon bemerkenswerte Ansätze, wie zum Beispiel in Graz.

Mann kann auch Klimaanlagen mit thermischer Energie durch Kollektoren antreiben, sowas nennt sich "Solare Klimatisierung". Diese Nutzung der Sonnenenergie ist besonders effizient, da der höchste Kühlbedarf mit der stärksten Sonneneinstrahlung zusammenfällt. Heute gibt es sehr viele Forschungsanlagen und Anlagen zu Demonstration und in de letzten Jahren wurden auch schon große Projekte mit Solarer Klimatisierung realisiert. Die berühmtesten Anlagen befinden sich in Qingdao in China im Olympischen Seglerdorf für 2008, am Renewable Engery House in Brüssel, Lissabon am Hauptgebäude der Caixa Geral de Depósitos derzeit größre Solare Klimaanlage in der Buröwelt und in Kosovo am Gebäude der Europäischen Agentur für den Wiederaufbau des Kosovo.

Thermische Solarkraftwerke

Thermische Solarkraftwerke sind ganz anders als Solaranlagen, da sie sich nicht nur durch die Kapazität unterscheiden. Kleinere Solaranlagen haben meist flache Absorber, die auch diffuses Licht ausnutzen. Solarkraftwerke dagegen bündeln das Sonnenlicht mir Spiegel, hier kann diffuses Licht nicht mehr genutzt werden. Daher spielt der Standort eine wichtige Rolle bei dieser Technik, wie zum Beispiel in einer Wüste o.Ä.

Bei der Lichtbündelung gibt es drei bekannte Konzepte:

  • Parabolrinnen
  • Parabolspiegel
  • Heliostaten

Parabolrinnen

Die Parabolrinnen werden ein- oder zweiachsig der Sonne nachgeführt und

Parabolrinnen

konzentrieren die Sonnenstrahlung auf eine Absorberrohr in der Brennlinie. Die Absorberrohre sind mit einem Thermoöl befüllt, welches nach der Erhitzung über einen Dampfkreislauf eine Turbine antreibt, welche wiederum einen Stromgenerator antreibt. Seit 1985 sind Parabolrinnenkraftwerke in der Wüste Kaliforniens für den kommerzielle Zwecke in Betrieb bei einer Gesamtleistung von etwa 360 MW.

Parabolspiegel

Die Parabolspiegel sind sehr große, zweiachsige, der Sonne

Dish-Stirling

nachgeführte, parabolische Spiegel mit einem Stirlingmotor im Brennpunkt, welche direkt an einem Stromgenerator angebaut ist. Diese Technik ist noch im experimentell und befindet sich noch in der Erprobung.

 

Heliostaten

SolarturmJülich

Sind großflächige Spiegel und werden verwendet um einfallende Sonnenstrahlen zu bündeln. Heliostaten in einem Solarturmkraftwerk, reflektieren die Sonnenstrahlen auf einen großen Spiegel (Absorber), welcher an der Spitze einen großen Turms sitzt. Die Heliostaten sind alle immer so ausgerichtet, dass sie das Sonnenlicht direkt auf den Absorber am Turm reflektieren. Durch die große Menge an Heliostaten die auf den Absorber reflektieren, enstehen sehr große Temperaturen. Die dadurch gewonnen Wärme wird in einem nachgeschaltetem  Wärmekraftwerk in Strom umgewandelt. Bekanntes Beispiel in Deutschland ist da Solarturmkraftwerk Jülich.

Photovoltaikanlagen

Photovoltaikanlagen wandeln die Sonnenstrahlen in teils nur hauchdünne Photovoltaikanlagehalbleitende Schichten direkt in elektronischen Strom um. Dabei stehen die Solarzellen im Mittelpunkt, welche durch die Einstrahlung der Sonne, über einen komplizierten Prozess Strom erzeugen. Der erzeugt Strom kann direkt verwendet werden, in einer Solarbatterien gespeichert werden oder direkt in öffentliche Stromnetz, mit der Hilfe von Wechselrichtern, eingespeist werden. Die Technologie ist mittlerweile soweit, dass Anlagen gebaut werden, welche einen Spitzenleistung von mehreren Megawatt haben und so eine kleine Stadt betreiben können.