Die Kraft der Sonne

« | 05 Mar 2019 | »

Die stärkste Energieform in unserem Sonnensystem ist und bleibt die Sonne. Sie schuf die Voraussetzungen mit, die unser Leben überhaupt erst ermöglicht hat und liefert weit mehr Energie, als wir Menschen überhaupt nutzen können.

Ist es daher nicht pervers, dass wir ausgerechnet Kohle, Öl und Gas verbrennen um im Sommer Räume herunter zu kühlen und im Winter unsere Häuser zu beheizen?

Die Lösung: Solarenergie, Solarwärme und Photovoltaik. Und all das existiert schon seit über 50 Jahren in der Raumfahrt, doch in den letzten 15 Jahren wurden sie auch für Privathaushalte leistbar.

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Ein für mich spannendes Beispiel sind die kleinen Solarpanele, die man sich im Elektronikladen für (je nach Stärke) 10 bis 200 Euro kaufen kann, und ins Fenster stellt.
Die kleineren Billigmodelle liefern Strom mit ein paar 100 Milliampere um kleine Schaltkreise zwischen 1 und 12 Volt zu betreiben, während die größeren Module das eine oder andere Ampere bereitstellen und somit sogar kleine Computer wie z.B. den Raspberry PI Zero betreiben zu können.

Das nenne ich mal genial! Wir brauchen keine Steckdosen, Adapter oder USB Buchsen, sondern stellen einfach ein Panel in die Sonne und können IoT Hardware “ohne Kosten” betreiben.

Doch einen großen Nachteil hat die Solarenergie!

Die Sonne ist nicht immer gleich stark präsent. Und wenn man beim Kauf ein Modul mit 5 Volt und 500 Milliampere gekauft hat (was genau der spezifizierten Leistung eines USB 2.0 Ports entspricht), so erhält man diesen Strom nur unter idealen Bedingungen:

• Direkte Sonneneinstrahlung (ohne Wolken oder andere Wetter-bedingte Reduktionen)
• Genaue senkrechte Ausrichtung zur Sonne (das Panel muss also stündlich zur Sonne neu ausgerichtet werden)
• Durchschnittliche Temperatur: Zu heiß dürfen die Zellen auch nicht werden

Und da diese Bedingungen nicht alle erfüllbar sind, schwankt der erzeugte Solarstrom zwischen (bei mir teils gemessen und teils geschätzt) 20% und 90% an Sonnentagen und bei Nebel oder Schlechtwetter ist man schon tagsüber froh, wenn man für kurze Zeit überhaupt 20% der angegebenen Maximalwerte erreicht.

Die Lösung

Entweder man arbeitet überdimensioniert, montiert also mehrere Module und schaltet diese zusammen um mit Aufwärts - oder Abwärts - Konvertern genau die Spannung und Stromstärke zu bekommen, die der Verbraucher benötigt, …

… oder, die bessere Lösung: Man lädt Akkus oder andere Speicher damit auf. Denn die Sonne ist mindestens die Hälfte des Tages nicht zu sehen und damit macht es wesentlich mehr Sinn, die Energiespitzen des Tages gut wegzuspeichern, und dann aus dem Speicher kontinuierlich Energie zu entnehmen.

Eine ganz tolle Sache sind Ladestationen für Smartphones, wo wir tagsüber unsere Begleiter einklinken können, damit diese von der Sonne aufgeladen werden.
Bei viel Sonne sind die Geräte in wenigen Stunden voll, bei wenig Sonne dauert es vielleicht den ganzen Tag, bzw. nehmen wir zumindest so viel Energie auf, dass der Akku sich nicht weiter entlädt.

Das gilt natürlich auch für Powerbanks oder andere Akku- und Batterieladegeräte.

Ein weiterer faszinierender Ansatz ist die Kombination mit einer Brennstoffzelle, in der durch elektrischen Strom Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten wird und bei der Umkehrung des Prozesses die beiden Gase wieder zu reinem Wasser verbrannt werden und dabei die ursprünglich aufgenommene Energie teilweise wieder als Wärme oder Strom abgegeben wird.
Wer die Brennstoffzelle mit Solarstrom auflädt, hat somit also eine der saubersten Energiespeicherformen für sich genutzt.

Nachteile

Nun, auch wenn ich ein totaler Fan der Photovoltaik bin, so sollte man sich bewusst sein, dass vor allem die Produktion der Akkus für die Energiespeicherung wie auch die Produktion der Zellen selbst energieaufwendig ist und dabei auch sehr umweltschädliche Nebenprodukte entstehen können.

Der hoch geschätzte Physiker Harald Lesch meinte nicht grundlos, dass der heutige Trend zur E-Mobilität bei weitem kein besonders gesunder ist, weil gerade unsere Energie-hungrigen Autos nach Akkus und Batterien verlangen, deren Produktion extreme Umweltschäden anrichtet.

Seine These lautet daher:

Fahren Sie autonom, nämlich mit der Bahn und nicht mit Elektroautos.

Fazit

Doch so wie die ersten Dampfmaschinen auch viel verheizten und nur wenig Energie daraus nutzen konnten und wir heute wesentlich höhere Wirkungsgrade erzielen, so denke ich wird die Weiterentwicklung der Solarenergie hoffentlich bald die heutigen Probleme überwinden.

Außerdem haben nicht Ingenieure sondern die Evolution eine der besten Solarzellen überhaupt geschaffen, nämlich Pflanzenzellen und die Photosynthese.

Und so geht auch die Forschung dazu über, das Verhalten von Pflanzen und natürlichen Farbstoffen zur Energieerzeugung zu nutzen, wie das Beispiel der Grätzel-Zelle zeigt.

In Versuchen nutzen inzwischen moderne Häuser neues Fensterglas, in welches Solarzellen eingearbeitet sind. Diese Streifen dunkeln zu grelles Sonnenlicht ab und produzieren als Nebenprodukt elektrischen Strom…

Und genau deshalb liebe ich Technik und Forschung in diesem Bereich. Solche Ideen helfen uns die Welt weiter zu bringen und vielleicht den einen oder anderen Schaden, den wir bisher angerichtet haben, wieder auszugleichen!