Solarmodule sind bislang weit verbreitete Geräte zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Doch gibt es auch andere Möglichkeiten? Sonnenenergie wird auf fünf verschiedene Arten umgewandelt, unter anderem durch Photovoltaikzellen. Verschiedene Methoden der Solarenergiegewinnung nutzen thermische Energie für unterschiedliche Zwecke, vom privaten bis hin zu gewerblichen und industriellen.
Was ist Solarenergiegewinnung?
Solarenergiegewinnung ist eine Methode zur Stromerzeugung aus Wärme und Sonnenenergie. Alle Methoden und Techniken nutzen grundsätzlich Sonnenlicht zur Energieerzeugung. Solarenergiegewinnung reduziert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zur Stromerzeugung und ist langfristig rentabel. Neue Innovationen führen zu effizienteren Methoden und Techniken der Solarenergiegewinnung. Neben den Methoden erfahren Sie mehr über die eingesetzte Solarenergiegewinnungstechnologie, den Einfluss der Solarmodulgröße sowie die Vor- und Nachteile dieser Methoden.
Welche verschiedenen Methoden gibt es zur Gewinnung von Solarenergie? Was sind Geräte zur Solarenergiegewinnung?
Solarenergiegewinnung ist der Prozess der Erfassung und Speicherung der von der Sonne abgestrahlten Sonnenenergie. Anschließend wird diese Wärme- und Lichtenergie durch ein geeignetes Verfahren in elektrische Energie umgewandelt. Es gibt etwa fünf verschiedene Methoden der Solarenergiegewinnung. Manchmal werden diese Methoden auch als Solarenergiegewinnungsgeräte bezeichnet.
1. Schwarze Körper
Sie wissen, dass Schwarz die meiste Wärmeenergie absorbiert. Dies ist eine weitere Methode zur Gewinnung von Solarenergie. Elektromagnetische Strahlung der Sonne und ihr Infrarotspektrum werden von Schwarz aktiv absorbiert. Die Sonnenenergie wird durch diese Strahlung in Wärmeenergie umgewandelt. Schwarze Körper oder Behälter und Geräte können Absorption und Emission aller Wellenlängen des elektromagnetischen Strahlungsspektrums. Diese Methode wird zum Heizen von Häusern und am häufigsten zur Warmwasserbereitung in der Industrie eingesetzt.
2. Thermische Energie aus geschmolzenem Salz
Diese Methode der Solarenergiegewinnung nutzt elektromagnetische Strahlung Zum Schmelzen von Salz. Das geschmolzene Salz wird in einen Wärmetauscher geleitet, der Wasser erhitzt und in Dampf verwandelt. Dieser Dampf wird durch Turbinen geleitet, die wiederum Strom erzeugen. Isolierte Tanks ermöglichen auch an bewölkten Tagen eine stabile Wärmestromerzeugung.
3. Photovoltaik-Solarmodule
Dies ist die am weitesten verbreitete Methode, um Energie aus Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Zu diesem Zweck werden Solarmodule unterschiedlicher Größe verwendet. Die erzeugte Energiemenge hängt von der Anzahl der Paneele und deren Effizienz. Monokristallin oder polykristallin Um den Energiefluss nach Sonnenuntergang sicherzustellen, werden häufig Paneelstrukturen zusammen mit Wechselrichtern und Batteriespeichern verwendet.
4. Solarwarmwasserbereiter
Thermische Solarmodule sammeln Sonnenenergie für diese Heizungen. Regionen mit sonnigem Klima nutzen diese Methode zur Gewinnung von Sonnenenergie. Der schwarze Heizkörper ähnelt einem Photovoltaikmodul, da schwarze Oberfläche absorbiert Wärmeenergie effizient. Eine Pumpe lässt kaltes Wasser im Behälter zirkulieren, das die absorbierte Wärme aufnimmt, wodurch der Behälter abgekühlt und das Wasser erwärmt wird.
Ein anderes System verfügt stattdessen über keine Pumpe; es nutzt den Auftrieb, der durch erwärmtes Wasser entsteht. Bei dieser Methode sinkt kaltes Wasser ab, warmes Wasser bleibt oben, und die Durchflussmenge wird reduziert. Diese Situation wird als Thermosiphon.
5. Vakuumröhren- oder Evakuierungsröhren-Solarwarmwasserbereiter
Es handelt sich um eine weitere Methode zur Gewinnung von Solarenergie, die eine verbesserte Version des traditionellen Solarwarmwasserbereiters darstellt. Vakuumröhren gewährleisten den Eintritt von Strahlungsenergie in das System Gleichzeitig speichert es Wärmeenergie. Diese Wärmeenergie wird von Wärmerohren aufgenommen und in große Wassertanks geleitet. Durch Vakuumröhren entweicht nur minimale Wärmeenergie, und fast die gesamte absorbierte Strahlungsenergie wird in Wärmeenergie umgewandelt. Im Folgenden erfahren Sie, was Solarenergiegewinnungstechnologie ist.
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Was ist Solarenergiegewinnungstechnologie?
Zur Gewinnung von Solarenergie gibt es die folgenden drei Haupttechnologien:
1. Konzentrierte Solarenergie (CSP)
Diese Technologie zur Gewinnung von Solarenergie nutzt thermische Wärme (Wärme von der Sonne), um elektrische Turbinen im Nutzmaßstab. Spiegel werden verwendet, um Sonnenlicht zu konzentrieren, das traditionelle Dampfmaschinen oder Turbinen und erzeugt Strom. Parabolrinnen, Parabolspiegel, kompakte lineare Fresnel-Reflektoren und Kraftwerkstürme sind verschiedene Methoden zur Anwendung des Prinzips der konzentrierten Solarenergie.
a) Parabolrinne
Verwendet gekrümmte Spiegel, um die Sonnenenergie auf ein Receiverrohr zu bündeln, das in der Mitte einer Rinne verläuft. Ein hochtemperiertes Wärmeträgermedium wie synthetisches Öl wird in ein Receiverrohr gefüllt, das die Wärmeenergie aufnimmt und dessen Temperatur erreicht 750° Fahrenheit oder mehr. Diese Wärme wird durch einen Wärmetauscher geleitet, der wiederum Wasser erhitzt und Dampf erzeugt. Herkömmliche Dampfturbinen werden aktiviert, wenn Dampf durch sie hindurchströmt. Einzelne Kollektormodelle können 15 bis 20 Meter hoch und etwa 300 bis 450 Meter lang sein.
b) Tellermotor
Die Oberfläche der Parabolantenne ist bedeckt mit gleichmäßig verteilte Spiegel Die Wärmeenergie wird in einem festen Brennpunkt empfangen. Arbeitsflüssigkeit wie Wasserstoff im Receiver wird auf 1200 °C erhitzt, was wiederum den Motor antreibt. Jede Parabolschüssel rotiert um zwei Achsen und folgt der Sonne den ganzen Tag über.
c) Kompakter linearer Fresnel-Reflektor (CLFR)
Es verwendet auch Trogsystem gekrümmte Spiegel durch kostengünstige Flachspiegel in langen, parallelen Reihen. Erhöhte Receiver bilden die Konzentrationspunkte der Wärmeenergie, die mit einem Rohrsystem gekoppelt sind, durch das Wasser fließt. Bei dieser Technologie zur Solarenergiegewinnung wird Wasser durch die konzentrierte Wärmeenergie zum Kochen gebracht, und der dabei erzeugte Dampf wird zur Stromerzeugung und für industrielle Dampfanwendungen genutzt.
d) Kraftturm
Es verwendet ein zentrales Empfängersystem, das hocheffizient ist und in der Lage ist, hohe BetriebstemperaturenHeliostaten (computergesteuerte Spiegel) werden eingesetzt, um die Wärmeenergie den ganzen Tag über zu erfassen und auf den Empfänger an der Spitze eines hohen Turms zu fokussieren. Diese Wärmeenergie erhitzt eine Übertragungsflüssigkeit auf über 1000 °C und erzeugt so Dampf, der wiederum einen zentralen Stromgenerator antreibt.
Siehe auch: Benötigt das Ring-Solarpanel direktes Sonnenlicht?
2. Photovoltaik (PV)
Mit dieser Methode wird Licht direkt in Strom umgewandelt. Photonen des Sonnenlichts treffen auf das Halbleitermaterial von Solarmodulen und ionisieren es. Dadurch werden die Atombindungen der Elektronen aufgebrochen und die Elektronen können frei schwingen. Die Halbleiterstruktur zwingt die Elektronen, sich in eine Richtung zu bewegen, wodurch elektrischer Strom entsteht. Allerdings wird nur ein bestimmter Prozentsatz des Lichts absorbiert, der Rest reflektiert. Weitere Arten der Photovoltaik sind gebäudeintegrierte Photovoltaik, konzentrierende Photovoltaikanlagen und Dünnschicht-Photovoltaik.
a) Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV): Dieses System erzeugt Strom für den Eigenbedarf oder kann ins Netz eingespeist werden. Es dient sowohl der Stromerzeugung als auch der äußeren Hülle eines Bauwerks.
b) Konzentrierende Photovoltaikanlagen: Dieses System wird vorwiegend in Wüstenregionen eingesetzt und nutzt Spiegel und Linsen, um die Sonnenenergie auf hocheffiziente Zellen zu konzentrieren. Für den reibungslosen Betrieb des Systems sind direktes Sonnenlicht und ein Nachführsystem erforderlich.
c) Dünnschicht-Photovoltaik: Diese Methode ist günstiger als ihre Alternativen und basiert häufig auf experimentellen Technologien. Es handelt sich um eine dünnere und weniger effiziente Solarzellenart. Sie erfüllen denselben Zweck, jedoch mit geringerer Geschwindigkeit.
3. Solares Heiz- und Kühlsystem (SHC)
Diese Technologie nutzt Wärmeenergie, um Wasser und Luft zu erwärmen und gleichzeitig kaltes Wasser und Luft bereitzustellen. Solare Warmwasserbereitung, Photovoltaik mit thermischer Technologie und Solarlufttechnologie sind verschiedene Methoden, die bei der Nutzung dieser Technologie zum Einsatz kommen.
a) Solar-Luft-Technologie
Mit dieser Technologie in Methoden der Solarenergiegewinnung wird die Luft in Gewerbe- und Industriegebäuden erwärmt und dient der Raumheizung zusammen mit der landwirtschaftlichen Trocknung. Meistens wird das System an der Wand montiert, um insbesondere im Winter eine maximale Absorption der Sonnenstrahlung zu ermöglichen.
An einer Südwand sind perforierte Solarkollektoren im Abstand von mehreren Zentimetern angebracht, um einen Lufthohlraum zu schaffen. Von der Wand wird die obere Luft angesaugt und an einem sonnigen Tag auf Temperaturen zwischen -30 und 100 °C erwärmt. Diese erwärmte Luft wird über einen Anschluss zur Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage (HLK) geleitet.
b) Solar-Photovoltaik mit thermischer Technologie (PVT)
Verbesserte Solarmodule auf dem Dach dienen zur Warmwasserbereitung und Stromerzeugung. Zur Verbesserung der Stromproduktion kühlt ein Photovoltaik-Thermokollektor die elektrischen Photovoltaikkomponenten und liefert gleichzeitig Wärmeenergie. Mit der Fähigkeit, viermal mehr Strom zu erzeugen als ein Photovoltaikmodul, Die elektrische Leistung wird um bis zu 20 % gesteigert und die Systemgröße kann von klein bis großindustriell reichen.
c) Solare Warmwasserbereitung
Ein Warmwasserspeicher, isolierte Rohre und ein Solarkollektor sind die Hauptelemente. Sie werden mit elektronischen Steuerungen und Frostschutzsystemen für kältere Regionen kombiniert. Die aus der thermischen Energie gewonnene Wärme wird auf Trinkwasser übertragen, das in Warmwasserspeicher fließt. Zur Unterstützung bleibt eine Zusatzheizung an den Warmwasserspeicher angeschlossen. Im Folgenden erfahren Sie mehr über den Einfluss der Solarmodulgröße auf die Energiegewinnung.
Siehe auch: Welche 4 Arten von Solarmodulen gibt es?
Welchen Einfluss hat die Größe des Solarmoduls auf die Energiegewinnung?
Der Einfluss der Größe der Solarmodule auf die Energiegewinnung hängt direkt mit ihrer Effizienz zusammen. Ja, die Größe der Solarmodule Die Effizienz kann sich erhöhen oder verringern und somit die Solarenergieausbeute beeinflussen. Ebenso verringert sich die Oberfläche eines unsauberen Solarmoduls, was sich ebenfalls auf die Energieausbeute auswirken kann. Die effizienzbestimmenden Parameter sind:
1. Fläche (Dichte): Die Energieabgabe wird in Watt pro Quadratfuß angegeben. Das bedeutet, dass größere Paneele mit höherer Wattzahl zu einer höheren Energieerzeugung führen.
2. Zelle: Die Effizienz der Zelle wird analog zu ihrer Leistung gemessen. Je mehr Zellen, desto höher die Effizienz und desto mehr Solarstrom wird gewonnen.
3. Modul: Dies ist der Gesamtwirkungsgrad der Solarmodule. Ein Modul mit einem Wirkungsgrad von 15 % absorbiert nur 15 % der gesamten einfallenden Sonnenenergie. Daher liefern effizientere Solarmodule tendenziell mehr Energie.
Was sind die Vor- und Nachteile von Techniken zur Gewinnung von Solarenergie?
Nachdem man sich mit den Methoden der Solarenergiegewinnung vertraut gemacht hat, ist es besser, sich ihrer Vor- und Nachteile bewusst zu sein. Obwohl es sich um eine saubere Energiequelle handelt, haben Vorteile für, es gibt immer noch einige Nachteile.
1. Vorteile von Techniken zur Gewinnung von Solarenergie
- Der CO2-Fußabdruck wird durch einen umweltfreundlicheren Ansatz reduziert.
- Die Technologie ist fortschrittlich und ausgereift und bietet neue Innovationen für mehr Effizienz.
- Nachhaltiger Energieproduzent
2. Nachteile von Techniken zur Gewinnung von Solarenergie
- Nicht völlig umweltfreundlich, da bei der Herstellung von Silizium-Solarmodulen Treibhausgase freigesetzt werden.
- Die Hersteller sind bei der Rohstoffversorgung auf andere Länder angewiesen, was zu langen Lieferketten führt.
- Schwere und starre Platten reduzieren die Einsatzmöglichkeiten. Platzbedarf und Kosten sind ebenfalls nachteilig.
Methoden zur Solarenergiegewinnung werden üblicherweise im großen Maßstab eingesetzt, Sie können sich aber auch für eine kleinere Variante für Ihr Haus oder Büro entscheiden. Es gibt verschiedene Optionen auf dem Markt. Für einige Methoden sind Solarenergiegewinnungsgeräte für den privaten Gebrauch leicht erhältlich und installierbar. Für eine bessere Energieausbeute sind jedoch bei der Installation im kleinen Maßstab Solarmodule erforderlich.
