Energieumsetzer

Einleitung

Die herkömmlichen Energiequellen aus fossilen Brennstoffen (Gas, Kohle, Erdöl, Holz, Braunkohle) sind nur noch in begrenzter Form vorhanden. Die Verknap­pung dieser Brennstoffe verteuert zunehmend die Preise für Energie in den Indu­strieländern und bremst die wirtschaftliche Entwicklung. Auch für die privaten Hausbesitzer macht sich dies spürbar im Geldbeutel be­merkbar. Der schädliche Nebeneffekt beim Verbrennen von fossilen Brennstoffen ist die Anreicherung der Atmosphäre mit CO2 . Dieses sogenannte Treibhausgas erwärmt die Erdatmosphäre und führt langfristig zu tiefgreifenden klimatischen Veränderungen auf der Erde(Winde, Meeresströmungen, Temperaturen etc.). Durch Energieeinsparung (Einbau von Dämmstoffen, Verbesserung des Wir­kungsgrades bei Heizungsanlagen etc.) kann dieser Effekt zwar nicht gestoppt, aber verlangsamt werden.

Um zukünftige Generationen zu schützen(Nachhaltigkeitsfaktor), ist es parallel dringend erforderlich, alternative Energiequellen einzusetzen und damit die wert­vollen fossilen Reserven der Erde zu schonen und einen aktiven Umweltbeitrag zu leisten.

Solche alternativen Energiequellen sind

   * die Sonnenenergie,
   * die Windenergie,
   * die Wasserkraft und
   * die Erdwärme.

Energieumsetzer sind Anlagen, die diese Energiearten in für uns nutzbare Ener­gie, also in elektrische Energie umwandeln. Bei der Umsetzung von Sonnenenergie unterscheidet man zwischen

   * Sonnenkol­lektoren, auch Solarthermie genannt und
   * Solarzellen auch Photovoltaik ge­nannt.

Solarthermie

Bei diesen Anlagen wird die Sonnenwärme absorbiert, in Form von dunkel be­schichteten Röhren in denen Wasser oder ein anderer flüssiger Wärmeträger zir­kuliert. Das warme Wasser wird in gut isolierten Warmwasserspeichern gelagert und von dort zum Verbrauch abgerufen. Bei anderen flüssigen Wärmeträger muß mit einem Wärmetauscher gearbeitet werden, nach dem Prinzip "umgekehrter Kühlschrank"(Geothermie arbeitet mit Wärmepumpe)

Photovoltaik

Bei diesen Anlagen wird die Lichtstrahlungsenergie der Sonne in Photovoltaikzel­len direkt in elektrische Energie umgewandelt. Da eine Solarzelle nur ca. 1,2W elektrischer Energie produziert, werden möglichst viele Zellen eng gepackt und elektrisch in Reihe geschaltet(Module). Bei diesen Anlagen ist der Einstrahl­winkel und die Intensität der Strahlung von besonderer Bedeutung. Man spricht in diesem Zusammenhang von Wp = Wattpeak, was heißt, dass dies die maximale Leistungabgabe bei optimaler Einstahlung ist. Die Anlagen werden deshalb auf der Dachsüdseite angebracht. Die optimale Dachneigung liegt zwischen 200 und 500 .

Prinzip der Nutzung von Solarenergie

Photo Chr. Kütemann

Die Nutzbarmachung der elektrischen Energie aus Photovoltaikanlagen geschieht über Siliziumsolarzellen auf der Basis des P-N-Halbleiterübergangs (unterschied­liche Dotierung des Halbleiterausgangsmaterials vorausgesetzt). Die Lichtquanten der Sonnenstrahlung erzeugen im planaren P-N-Übergang der Siliziumsolarzelle eine Ladungstrennung von Löchern und Elektronen und damit ein elektrisches Feld und somit eine elektrische Gleichspannung. Die Ladungstrennung ist vergleichbar mit einem elek­trischen Kondensator. Eine Spannung erzeugt ei­nen elektrischen Strom, den Photostrom, welcher ein Gleichstrom ist. Man kann den Gleichstrom nutzen, um Batterien aufzuladen und von dort, nach Bedarf, Energie abzurufen(Prinzip Autobatterie). Überschüssige Energie wird in das öf­fentliche Stromnetz über Wechelrichter in Form von Wech­selstrom eingespeist und dem Besitzer der Anlage die eingespeisten kWh gutge­schrieben.

Montage

Die Montage der Anlagen auf dem Dach erfolgt entweder in

   * aufgeständerter Form oder
   * integrierter Form, d.h. flächenbündig mit der Dacheindeckung.

Bei der letztgenannten Variante ersetzt das Solarmodul einen Teil der Dachein­deckung und muß besonders angeschlossen werden, entweder mit speziellen Formsteinen, oder, ähnlich wie bei Dachfenstern, in Form eines Eindeckrahmens. Die Hersteller bieten auch bei nachträglichem Einbau spezielle Halterungen auf Dachsteinen oder Dachziegeln an. In jedem Fall muß eine enge Abstimmung mit den betroffenen Gewerken getroffen werden, die an den Arbeiten beteiligt sind, wie Elektroinstallateure oder Heizungsbauer.

Auf Flachdächern sind Solarmodule aufgeständert montiert. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Dachabdichtung nicht beschädigt wird.