Solar; unendliche Energie

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1 Solar; unendliche Energie Dr. Mohammad Djahanbakhsh

2 Solarenergie Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, die in Teilen als elektromagnetische Strahlung (Strahlungsenergie) zur Erde gelangt. Bei der Kernfusion in der Sonne werden in jeder Sekunde ca. 650 Mio. Tonnen Wasserstoff in ca. 646 Mio. Tonnen Helium umgewandelt. Die Differenz von 4 Mio. Tonnen wird als Strahlungsenergie in den Weitraum gesandt.

3 Solarenergie Entsprechend ihres Durchmessers und ihrer Entfernung fängt die Erde hiervon nur den 2 milliardsten Teil auf. Die Sonne verliert durch dieses Atomfeuer in 1,5 Milliarden Jahren nur etwa 1 Prozent ihrer gegenwärtigen Masse. Astrophysiker schätzen das Alter der Sonne auf etwa 10 Milliarden Jahre, in dieser Zeit hat sie etwa 6 Prozent ihrer anfänglichen Masse verloren.

4 Solarenergie Die Sonne strahlt der sich drehenden Erdkugel ständig 175 Milliarden Megawatt zu. In jeder Stunde empfängt die Erdkugel und die sie umgebende Atmosphäre also 175 Milliarden Megawattstunden. Die Sonne ist für das Leben auf der Erde von fundamentaler Bedeutung. Viele wichtige Prozesse auf der Erdoberfläche, wie das Klima und das Leben selbst, werden durch die Strahlungsenergie der Sonne angetrieben. So stammen etwa 99,98 % des gesamten Energiebeitrags zum Erdklima von der Sonne.

5 Solarenergie Sonnenenergie ermöglicht den Pflanzen Kohlenstoffverbindungen aus Kohlensäure und Wasser aufzubauen und lebensnotwendigen Sauerstoff freizusetzen. Die bei der Verbrennung von Kohle und Öl freigesetzte Wärmeenergie ist vor Jahrmillionen von Pflanzen eingefangene Sonnenenergie. Auch die Windkraftanwendung ist eine Nutzung der Sonnenenergie. (Segelboot, Windmühle)

6 Solarenergie Bei klarem Himmel und senkrecht stehender Sonne werden am Tage in Meereshöhe je Quadratmeter etwa 870 Watt in Form von Licht und Wärmestrahlung zugeführt. Wegen des Tag- und Nachtwechsels und der wetterbedingten Verluste rechnet man in unseren Breiten im Mittel mit 100 W/m 2, im Süden mit W/m 2.

7 Solarenergie Mit diesen Daten ist eine interessante Rechnung möglich: Eine sonnengünstig gelegene Bodenfläche von etwa Quadratkilometern (1/8 der Größe der Sahara) würde ausreichen, den Energiebedarf der Menschheit zu decken. Mit anderen Worten besagt diese Rechnung, daß 1/2500 der ständig auf die Erde einstrahlenden Sonnenenergie den gesamten Energiebedarf der Menschen decken könnte.

8 Vier Strahlungsgesetze Strahlungsbilanz Einstrahlung = Reflexion + Absorption + Emission E = R + A + E Emissionsfähigkeit (Kirchhoffsches Gesetz) Gute Absorption bringt auch gute Emission, schlechte Absorption bringt schlechte Emission. E A Emissionsleistung (Stefan u. Boltzmannsches Gesetz) Die Emissionsleistung wächst mit der vierten Potenz der absoluten Temperatur des Strahlers. W T 4 Emissionsspektrum (Wiensches Verschiebungsgesetz) Die Wellenlänge des Strahlungsmaximums ist der Temperatur umgekehrt proportional max 1 / T

9 Wirkungsgrad eines Absorbers Der Wirkungsgrad eines Absorbers ist durch die folgende Gleichung definiert:

10 Selektivität einer Absorberschicht Ein System, das in der Lage ist, selektiv in einem Spektralbereich elektromagnetische Strahlung zu absorbieren und in einem anderen zu reflektieren (geringe Emission), wird als optisch selektiv bezeichnet.

11 Photothermie Warmwasseraufberitung

12 Photothermie Hochtemperaturwärme

13 Photovoltaik Unter Photovoltaik oder Fotovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenenergie, in elektrische Energie. Solarzellen bestehen aus verschiedenen Halbleitermaterialien. Halbleiter sind Stoffe, die unter Zufuhr von Licht oder Wärme elektrisch leitfähig werden, während sie bei tiefen Temperaturen isolierend wirken. Über 95 % aller auf der Welt produzierten Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium (Si). Silizium bietet den Vorteil, daß es als zweithäufigstes Element der Erdrinde in ausreichenden Mengen vorhanden und die Verarbeitung des Materials umweltverträglich ist.

14 Photovoltaik Zur Herstellung einer Solarzelle wird das Halbleitermaterial "dotiert". Damit ist das definierte Einbringen von chemischen Elementen gemeint, mit denen man entweder einen positiven Ladungsträgerüberschuß (p-leitende Halbleiterschicht) oder einen negativen Ladungsträgerüberschuß (n-leitende Halbleiterschicht) im Halbleitermaterial erzielen kann. Werden zwei unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten gebildet, entsteht an der Grenzschicht ein so genannter p-n- Übergang.

15 "Du großes Gestirn! Was wäre dein Glück, wenn du nicht Die hättest, welchen du leuchtest! Zarathustra