Nicht weil es schwierig ist, wagen wir es nicht, sondern weil wir es nicht wagen, ist es schwierig.

Erneuerbare
Energien


Einsatz von erneuerbaren Energien

Die Bundesregierung gab den Startschuss der Entwicklung. Durch die Regelung der Vergütung von ins Netz eingespeistem Strom aus erneuerbaren Energien nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) - und durch weitere Förderprogramme wie das Marktanreizprogramm Erneuerbare Energien (MAP).

In der Folge haben sich erneuerbare Energie-Technologien in Deutschland und Europa in den letzten Jahren zu einem wichtigen Industriezweig mit hohen jährlichen Wachstumsraten entwickelt. Der Anteil an erneuerbaren Energien stieg an.

Viele innovative deutsche und ausländische Unternehmen avancierten zu internationalen Technologieführern bei Schlüsselkomponenten der Windenergie, der Wasserkraft, der Solarenergie, der Geothermie oder der Biomasse.

Geothermie

Geothermische Energien sind die in Form von Wärme gespeicherten Energien unterhalb der festen Oberfläche der Erde. Im Erdinneren herrschen enorme Temperaturen von bis zu ca. 6.000 Grad Celsius, sichtbar an Vulkanen, heissen Quellen und Geysiren. Diese Wärme erhitzt Gesteins- und Erdschichten sowie unterirdische Wasserreservoirs und lässt sich zur Wärmeversorgung, Stromerzeugung, Kühlung  oder zur Meerwasserentsalzung einsetzen. Ebenfalls die stete Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonneneinstrahlung lässt sich mittels Wärmepumpen für Heizzwecke nutzen. Für die Stromerzeugung ist daher die Erdwärme besonders interessant, da sie rund um die Uhr und unabhängig von Jahreszeiten, Wetterlage oder Klimabedingungen zur Verfügung steht. Die Erdwärme oder Geothermie gehört weltweit zu den ergiebigsten erneuerbaren Energiequellen.

Um u.a. die Erdwärme in tieferen Gesteinsschichten nutzbar machen zu können, bedarf es eines Mediums, mittels dessen man sie an die Oberfläche befördern kann. Hierbei gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten:

1. Das Medium ist im Untergrund bereits als Dampf oder heisses Wasser vorhanden. Über eine Bohrung wird dieses an die Oberfläche befördert, durch Nutzung abgekühlt und schliesslich wieder zurückgeleitet.

2. Heisses Gestein ist im Untergrund vorhanden. Um diese Wärme gewinnen zu können, wird Wasser in die Tiefe gepumpt und erhitzt wieder nach oben gefördert (zum Beispiel im sogenannten Hot-Dry-Rock-Verfahren).

Für die Nutzung der vorhandenen Energie für die Wärmeversorgung, Kälte- oder Stromerzeugung gibt es unterschiedliche technologische Entwicklungen: Zum Einsatz kommen Wärmepumpen, Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden, Energiepfähle oder auch erdberührte Betonbauteile.

Das Prinzip der Wärmepumpe wird in der Kältetechnik täglich angewendet mit dem Unterschied, dass die zwangsläufig beim Kühlprozess anfallende Wärme nutzlos an die Umgebung abgegeben wird. Die Wärmepumpe nutzt die Wärme unterschiedlicher Medien (zum Beispiel von Erdreich oder Wasser). Sie kühlt diese ab und überträgt die dabei anfallende Wärme an das Heizungssystem. Die Funktion der Wärmepumpe beruht auf der Anwendung des physikalischen Prinzips, dass Flüssigkeit beim Verdampfen Wärme aufnimmt und diese dann abgibt, wenn sie wieder vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergeht. Auf diesem Prinzip beruht die von Carl von Linde vor über 100 Jahren entwickelte Kältemaschine. Bei dem Kühlvorgang wird die im Inneren eines Kühlraumes vorhandene Wärme über ein als Medium fungierendes Kältemittel, aufgenommen und nach aussen gepumpt. Die Wärmepumpe wendet das Prinzip des Kühlschranks in entgegen gesetzter Richtung an: Sie entzieht Wärme aus dem Umfeld des Hauses und pumpt sie in die geschlossenen Wohnräume. Zur Verdichtung des Kältemittels ist Energie notwendig - dabei können mit einer Kilowattstunde elektrischen Stroms etwa vier Kilowattstunden Wärme gewonnen werden. Je nach der Leistungsfähigkeit der Anlage und dem Verhältnis von Aussen- und Innentemperatur schwankt die Ausbeute: Sie wird um so günstiger, je niedriger die Temperatur im Heizsystem selbst und je höher die durchschnittliche Temperatur in der angezapften Wärmequelle ist.

Solarenergie

Die Sonne ist ein gigantisches Kraftwerk. Sie liefert uns täglich eine Energiemenge, die den Energiebedarf in Deutschland um das etwa Achtzigfache übersteigt.

Mit der Solarindustrie ist weltweit ein neuer Industriesektor entstanden. Infolge der gesetz- lichen Förderung durch das EEG verzeichnet die Branche seit einigen Jahren ein Wachstum. Die Umsätze mit deutscher Solartechnik haben sich innerhalb der letzten Jahre gesteigert. Jährlich investierten Unternehmen in den Auf- und Ausbau sowie die Modernisierung ihrer Solarfabriken zur Steigerung ihrer Produktionskapazitäten bei Solarmodulen, Solarzellen und Wechselrichtern.

Solarthermische Anlagen werden in Deutschland überwiegend zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung in Privathaushalten, zunehmend aber auch in grösseren Gemeinschaftsanlagen eingesetzt. Die Popularität solarthermischer wie photovoltaischer Wärme- und Stromerzeugung trotz relativ hoher Gestehungskosten erklärt sich durch die umfangreichen staatlichen Förderprogramme - insbesondere durch das EEG für Photovoltaikanlagen.

Energie für die nächsten 4 Milliarden Jahre

Das Energiepotential, das die Sonne liefert, ist praktisch unerschöpflich, wie Experten schätzen. Die Menge solarer Energie, die auf der Erde ankommt, übersteigt den täglichen Verbrauch um das 10 000 - 15 000fache. Neben der passiven Nutzung, z.B. durch verschiedene Formen des Bauens mit der Sonne kann Sonnenenergie auch aktiv genutzt werden: Photovoltaikanlagen erzeugen "sauberen", direkt nutzbaren elektrischen Strom, thermische Solaranlagen wandeln die Strahlung in Wärme um.


Solaranlagen

Solaranlagen sind Systeme zur Umwandlung der Sonnenstrahlung in nutzbare Energie in Form von Wärme oder Elektrizität. Die wesentlichen Bestandteile einer thermischen Solaranlage sind der Kollektor, die Wärmeabnahmestelle (der Speicher) und die Regelung. Die wichtigsten Bauelemente von Photovoltaikanlagen sind die Solarzellen, die zu Solarmodulen oder Solarpaneelen zusammengeschlossen werden und der Speicher (Akkumulator). Soll der produzierte Strom ins Netz eingespeist werden,
geschieht dies

durch einen Wechselrichter zur Umwandlung des Gleichstroms in spannungs- und phasengleichen Wechselstrom.

Photovoltaik: Solarstrom und Solarzellen in Theorie und Praxis

Das Wort Photovoltaik ist eine Zusammensetzung aus dem griechischen Wort für Licht und dem Namen des Physikers Alessandro Volta. Es bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mittels Solarzellen. Den fotovoltaischen Effekt entdeckte Alexandre-Edmond Becquerel schon 1839. Eine ausführliche Beschreibung dieses Vorgangs, bei dem sich Elektronen von Atomen durch Lichteinwirkung aus ihrem Bindungszustand lösen, lieferte Phillip Lenard 1899. Nur war dieses Phänomen mit der bisherigen Wellentheorie des Lichts nicht vereinbar. Eine Erklärung fand erst Albert Einstein 1905 mit seiner Lichtquantenhypothese, in der er auch den Begriff “Photon” prägte. Unter dem Photoeffekt versteht man die Freisetzung von positiven und negativen Ladungsträgern in einem Festkörper durch Lichteinstrahlung.

Wie ist eine Solarzelle aufgebaut und wie funktioniert sie?

Solarzellen wandeln Licht direkt, ohne bewegte Teile, in elektrischen Strom um. Trifft Licht auf eine Solarzelle, wandern Elektronen in die n-Schicht und Löcher in die p-Schicht. Die Ladung der beiden Schichten wird dadurch unterschiedlich. An den Kontakten kann die elektrische Spannung abgegriffen werden.

Woraus besteht eine Photovoltaikanlage?

Eine Photovoltaik-Anlage ist viel einfacher, als man denkt. Sie besteht aus wenigen Komponenten.

Zuerst benötigen Sie einen Solar-Generator. Er besteht aus Solarmodulen. Ein weiterer wichtiger Bestandteil ist der Wechselrichter, der die gesamte Anlage steuert. Letztlich brauchen Sie noch etwas Montage- und Installationsmaterial. Fertig ist die gesamte Anlage.

Brennstoffzellen (Brennstoffelemente)

Es handelt sich um galvanische Elemente, die mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen (z.B. Wasserstoff, Ammoniak, Kohlenwasserstoffe)  betrieben werden. Die Brennstoffe werden durch Sauerstoff oder Luft oxidiert. Die chemische Energie dieser Brennstoffe, genauer ihre freie Energie (- Energetik), wird dabei direkt in elektrische Energie umgewandelt. So kann im Vergleich zu Wärmekraftmaschinen das Dreifache an Energie gewonnen werden. Während der Arbeit dieser Zellen entstehen weder Wärme noch Lärm noch Erschütterung.  Ausserdem arbeiten sie im Gegensatz zu galvanischen Elementen so lange, wie ihnen Brennstoff zur Verfügung gestellt wird.