HERZLICH WILKOMMEN ZUM THEMA SOLARE WASSERVERSORGUNG. Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff

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1 HERZLICH WILKOMMEN ZUM THEMA SOLARE WASSERVERSORGUNG

2 1. SOLAR INHALTSVERZEICHNIS Definition der Solarenergie 1.2 Sonne - Energiequelle der Zukunft 1.3 Solarstromerzeugung a) Photoeffekt b) Solarzelle - Siliziumsolarzellen - Strom-Spannungs-Kennlinie - Kenndaten der Solarzellen - Spezielle Solarzellen 1.4 Solarspeicher

3 INHALTSVERZEICHNIS 2 2. WASSERVERSORGUNG 2.1 Begriffe der Wasserversorgung a) Wie funktioniert die Wasserversorgung? 2.2 Die 4 Säulen unserer Wasserversorgung a) Gewinnung b) Transport c) Speicherung d) Verteilung 2.3 Wasserverbrauch und -bedarf a) Tendenzen bei der Ermittlung des Wasserbedarfes b) Beispiele 3. Solarzelle Experiment Montage

4 SOLARERNERGIE SIE MACHT UNS FRÖHLICH EINE UNERSCHÖPLICHE ENERGIEQUELLE SONNE ALS LIEFERANTIN VON WERTVOLLER WÄRMEENERGIE

5 SOLARERNERGIE ENERGIE ERZEUGUNG SOLARZELLE VERBRAUCHER GLEICHSTROM UMRICHTER SPEICHER SCHALTUNG STEURUNG

6 DEFINITION DER SOLARERNERGIE SOLARERNERGIE = Energiegewinnung aus Sonnenstrahlung. Die Stromerzeugung mittels Sonnenkraft gewinnt zunehmend an Bedeutung. Sie wird über sogenannte Photovoltaik-Anlagen vorgenommen

7 SONNE-ENERGIEQUELLE DER ZUKUNFT DIE SONNE IST DIE GRÖßTE UND ERGIEBIGSTE ENERGIEQUELLE SIE BILDET DIE NATURLICHE LEBENSGRUNDLAGE FÜR MENSCHEN, TIERE UND PFLANZEN Die Möglichkeiten, die Sonne zur Deckung unseres Energiebedarfs zu nutzen, sind ebenso vielfältig wie beeindruckend.

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9 PHOTOVOLTAIK PHOTO- VOLTAIK + GRIECHISCHES WORT FÜR LICHT NAME DES PHYSIKERS ALESSANDRO VOLTA DIREKTE UMWANDLUNG VON SONNENENERGIE IN ELEKTRISCHE ENERGIE DURCH DIE ABSORPTION VON LICHT (PHOTONEN) IN EINEM HALBLEITER WIRD EINE ELEKTRISCHE SPANNUNG AUFGEBAUT

10 GRUNDPRINZIP DER NETZGEKOPPELTEN PHOTOVOLTAIKANLAGE

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12 SOLARZELLE: SILIZIUMSOLARZELLE PRINZIPIELLER AUFBAU - DICKE n-schicht= 0,001 mm - DICKE p-schicht = 0,6 mm - DEN ÜBERGANG ZWISCHEN n-schicht UND p-substrat NENNT MAN p/n-übergang

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14 STROM-SPANNUNGS-KENNLINIE Solarzellen sind sehr großflächige Fotodioden - Die Kennlinie der Solarzelle ist die einer Diode - Bei Beleuchtung rutscht die Kennlinie immer mehr in Richtung Sperrstrom, bis zum Kurzsschlussstrom

15 Die Kennwerte einer Solarzelle sind * Leerlaufspannung U OC (auch V OC ) * Kurzschlussstrom I SC * Spannung im bestmöglichen Betriebspunkt U MPP (auch V MPP ) * Strom im Betriebspunkt mit maximaler Leistung I MPP * Maximale erzielbare Leistung: P MPP Solarzellenhersteller geben diese unter standardisierten Bedingungen maximal erzielbare Leistung in der Einheit kw p, sprich Kilowatt-Peak an

16 -Der Füllfaktor bezeichnet den Quotienten aus der maximalen Leistung einer Solarzelle und am Maximum Power Point und dem Produkt (MPP) aus Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom. - Koeffizient für die Leistungsänderung mit der Zelltemperatur - Zellwirkungsgrad

17 SPEZIELLE SOLARZELLEN - Solarzellen aus monokristallinem Silizium - Solarzellen aus polykristallines Silizium - Dünnschichtzellen.

18 MONOKRISTALLINE SOLARZELLE ERKENNBAR DURCH GLATTEN OBERFLÄCHE FARBE: DUNKELBLAU bis SCHWARZ WIRKUNGSGRAD: VON 14 bis 18 PROZENT HERSTELLUNGSVERFAHREN: SEHR ENERGIEAUFWENDIG

19 POLYKRISTALLINE SOLARZELLE HERSTELLUNG: ENERGIESPARENDER + MODULE SIND PREISWERT WIRKUNGSGRAD: 2 PROZENT NIEDRIGER ALS BEI DEN MONOKRISTALLINEN VERFAHREN: SILIZIUM SCHMELZE EINFACH IN BLÖCKE GEGOSSEN

20 DÜNNSCHICHTZELLEN SOLARZELLEN MIT ETWA 100 MAL DÜNNERER SCHICHTDICKE: HAT WENIGER ALS 1 µm HALBLEITERMATERIAL: SILIZIUM ODER

21 WIRKUNGSGRAD Materialsystem Wirkungsgrad Lebensdauer Amorphes Silizium 5-10 % < 20 Jahre Polykristallines Silizium % Jahre Monokristallines Silizium % Jahre Galliumarsenid (Einschicht) % Galliumarsenid (Zweischicht) 20 % Galliumarsenid (Dreischicht) 25 % (30 % bei AM0) >20 Jahre Galliumindiumphosphid + Galliumindiumarsenid 40,8%[20] (non-stc)

22 SOLARSPEICHER

23 WASSERVERSORGUNG WASSERQUELLE GEWINNUNGANALYSE AUFBEREITUN G- ANALYSE VERSORGUNG EINHEIT

24 - MAßNAHMEN ZU BESCHAFFUNG WASSER- VERSORGUNG - AUFBEREITUNG - SPEICHERUNG - ZUFÜHRUNG - VERTEILUNG VON TRINKWASSER UND BRAUCHWASSER

25 WASSERVERSORGUNG WASSERVERSORGUNG: IST DIE DECKUNG DES WASSERBEDARFS DER WOHN- UND ARBEITSSTÄTTEN DER MENSCHLICHEN GESELSCHAFT, DER SICH AUS DER ANALYSE DES DERZEITIGEN UND DES KÜNFTIGEN BEDARFS EINES PLANUNGSRAUMS ERGIBT. ES WERDEN UNTERSCHIEDEN: - ÖFFENLICHE WASSERVERSORGUNG - EIGENWASSERVERSORGUNG - ZENTRALEWASSERVERSORGUNG - EINZELWASSERVERSORGUNG Umweltringsvorlesung von Pr Dr Bärwolff

26 WIE FUNKTIONIERT DIE WASSERVERSORGUNG?

27 AUFGABE DER WASSERVERSORGUNG - NOTWENDIGKEIT TRINKWASSER HERZUSTELLEN - BRAUCHWASSER ZU VERFÜGUNG ZU STELLEN ZB: IN DEUTSCHLAND SIND 99% ALLER HAUSHALTE AN DIE ÖFFENTLICHE TRINKWASSERVERSORGUNG ANGESCHLOSSEN IN AFRIKA SIND

28 DIE 4 SÄULEN UNSERE WASSERVERSORGUNG - GEWINNUNG - TRANSPORT - SPEICHERUNG - VERTEILUNG

29 GEWINNUNG WASSERGEWINNUNG IST MEHR ALS NUR WASSER SCHÖPFEN. GRUNDWASSERSCHUTZ UND AUFWÄNDIGE QUELLFASSUNGEN SIND VORAUSSETZUNGEN DAFÜR, DASS 365 TAGE IM JAHR RUND UMD DIE UHR FRISCHES GESUNDES TRINKWASSER DIREKT AUS DEM WASSERHAHN ZUR VERFÜGUNG HABEN

30 TRANSPORT DER TRINKWASSERTRANSPORT HAT FOLGENDEN AUFGABEN: - PFLEGE, WARTUNG UND ORDNUNGSGEMÄßE LAGERUNG DES MATERIALS (Trinkwasserbehälter, Anschlüsse, Schläuche usw.) - DESINFEKTION DER TRINKWASSERBEHÄLTER - AUFNAHME UND VERLADUNG DES TRINKWASSERS IN BEHÄLTERN

31 SPEICHERUNG AUFGABE DER WASSERSPEICHERUNG: - AUSGLEICH VON VERBRAUCHSSCHWANKUNGEN - EINHALTEN VON DRUCKBEREICH, DRUCKZONEN- VERSORGUNG - ÜBERBRÜCKEN VON BETRIEBSSTÖRUNGEN - BEREITHALTUNG VON FEUERLÖSCHWASSER

32 VERTEILUNG DIE WASSERVERTEILUNG ERFOLGT FAST AUSSCHLIESSLICH DURCH ROHRLEITUNG Verteilung der Trinkwassernutzung [Quelle: SAHRA, 2001]

33 WASSERVERBRAUCH UND -BEDARF

34 WASSERVERBRAUCH UND -BEDARF Täglicher Wasserverbrauch in Litern Duschen & Baden 39 Toilette 34 Waschen 15 Kleiner Betrieb/Gewerbe 11 Körperpflege 7 Reinhalten von Wohnung & Auto 7 Spülmaschine 7 Garten 4 Essen und Trinken 3 Insgesamt 127

35 DAS LAND BANGLADESH Hauptstadt: Dhaka Ein Land großer als Bayern und kleiner als italien, ist nur Km^2. Religion: Moslems (meist Sunniten) 88%, Hindus 11% Klima: Subtropisches Klima mit hoher Luftfeuchtigkeit u. reichen Niederschlagen Analphabetenquote:59%

36 BINNENVERKEHR UND DIE FISCHEREI In Bangladesh gibt es viele Flüsse, daher findet ein grosser Teil des täglichen Lebens auf dem Wasser statt. Der Ganges vereinigt sich im Süden des Landes mit dem Meer und bildet dort das riesige Gangesdelta. Fischerei Binnenverkehr

37 DAS LAND BANGLADESH Grundwasser ist die wichtigste Quelle für die Wasserversorgung in Bangladesh. Die Förderung wird in Küstengebieten durch hohe Salzkonzentrationen und in bergigen Gebieten durch erschwerten Zugang zum Grundwasser eingeschränkt. Trinkwasserquelle: 82 % der städtischen und 72 % der ländlichen Bevölkerung Abwasserkanalisation: 27 % der Bevölkerung in Dhaka und 0 % der restlichen Bevölkerung

38 DAS LAND BANGLADESH WELCHE UMWELTPROBLEME HAT DAS LAND? - Das Salzwasser kommt auf die Felder und diese werden dann unbrauchbar. - Das Grundwasser wurde durch das Halbmetall Arsen vergiftet - Die großen Deichbauten sind sowohl aus Gründen des Umwelt- als auch des Hochwasserschutzes nicht unbedingt zu befürworten - Zugang zu Trinkwasser 74% - Überschwemmungskatastrophen

39 Trinkwasserqualität und Trinkwassersituation Ein großer Teil des Landes ist davon getroffen

40 Schicksal spielen in Bangaladesch Überschwemmungskatastrophen Nur wenige Gebiete liegen mehr als 50 Meter über dem Meeresspiegel.

41 Anforderungen an eine Trinkwasserdesinfektionsanlage (BANGLADESH) Die wichtigsten Anforderungen an eine Trinkwasserdesinfektionsanlage: Appetitlichkeit des Wassers Schnelle Wirksamkeit Vermeidung schädlicher Nebenprodukte Schutz gegen Wiederverkeimung Niedrige Kosten Niedriger elektrischer Energiebedarf

42 Verschiedene Verfahren der Trinkwasserdesinfektion Chemische Verfahren - Chlor oder Hypochlorit - Chlordioxid - Ozon Physikalische Verfahren - UV-Desinfektion - Abkochen

43 Beispiel Trinkwasser in Bangaladesch Wasseraufbereitungssystem von Siemens, damit kann nun auch in entlegendsten Gebieten Trinkwasser gewonnen werden Beim SkyHydranten wird Wasser durch rund feinste Fasern gepresst, so dass alle Krankheitserreger mit Durchmessern über 0,1 µm entfernt werden. Das System kommt ohne elektrische Energiezufuhr oder Aufbereitungschemikalien aus und ist mit jährlichen Kosten von unter 0,20 pro Person auch für die ärmsten Kommunen der Entwicklungsländer erschwinglich. SkyHydrant in Bangladesch: Trinkwasser schnell verfügbar

44 Beispiel Trinkwasser in Bangaladesch (Filterkuchen) Sauberes Trinkwasser gefiltert durch den Sonofilter Arsenhaltiges Grundwasser wird gepumpt 20 bis 25 Liter. Jeder Behälter fasst 24 Liter. Wartezeit 2-3 Minuten

45 PERSPEKTIVEN FÜR BANGALADESCH - Welche Maßnahmen werden zur Verbesserung der Situation getroffen? - Was muss (noch) getan werden? - Wer kann unter Umständen helfen und wie?

46 SOLARZELLE EXPERIMENT MONTAGE Schaltung zur Aufnahme der Kennlinie

47 Aufgenomene Werte der Solarzelle WERTE EINER SOLARZELLE I (ma) U (V) 8,07 0,6074 8,06 0,0988 8,07 0,1379 8,07 0,2535 8,03 0,4116 8,01 0,5722 7,96 0,8200 7,91 1,2064 7,80 1,6257 6,83 2,0588 Umweltringvorlesung von 5,75 Prof. Dr. Bärwolff 2,3053

48 EXPERIMENT MONTAGE

49 Wie erkennt man ein Sperrrichtung in der Solarzelle?

50 Schaltung: Solarzelle mit Motor

51 Zusammenfassen

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