Erneuerbare Energien und Klimaschutz - Hintergründe,Techniken, Anlagenplanung, Wirtschaftlichkeit

Von Jahr zu Jahr wird immer deutlicher erkennbar, dass der Klimawandel bereits eingesetzt hat. Die Prognosen der Klimaforscher sind verheerend. Als wirksame Gegenmaßnahme fordern Experten bereits seit langem einen schnellen Umbau unserer Energieversorgung. Die Lösung ist dabei recht simpel. Sie lautet: erneuerbare Energien. Diese könnten in nur wenigen Jahrzehnten unsere Energieversorgung vollständig übernehmen.

Die aktualisierte Neuauflage dieses Buches behandelt die breite Palette der erneuerbaren Energien, angefangen bei der Solarenergie über die Windkraft bis hin zur Erdwärme oder Biomasse. Neben allgemein verständlichen Beschreibungen der jeweiligen Technik, des Entwicklungsstandes und künftiger Potenziale liefert das Buch auch konkrete Anleitungen zur Planung und Umsetzung eigener regenerativer Anlagen. Hinweise auf Vorschriften und Fördermöglichkeiten geben dabei weitere Hilfestellungen. Es erläutert aber auch die Umweltverträglichkeit und das Zusammenspiel der verschiedenen Technologien sowie ihre Wirtschaftlichkeit.

Durch interessante Hintergrundinformationen, die manchmal auch zum Schmunzeln einladen, ist dieses Buch alles andere als eine staubtrockene Sammlung technischer Beschreibungen. Eine Vielzahl von bereits realisierten Beispielen beweist eindrucksvoll, dass eine komfortable Energieversorgung ganz ohne schädliche Klimaeinflüsse möglich ist.

Die Website www.volker-quaschning.de bietet eines der größten und unabhängigen Informationsangebote zu regenerativen Energien und Klimaschutz und interessante Zusatzinformationen direkt zum Buch.

Leseprobe:

5 Photovoltaik – Strom aus Sand (S. 102-103)

Der Begriff Photovoltaik wird aus den zwei Wörtern Photo und Volta gebildet. Hierbei steht Photo für Licht und kommt vom griechischen phõs beziehungsweise photós. Der im Jahr 1745 geborene italienische Physiker Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Graf von Volta war Erfinder der Batterie und gilt zusammen mit Luigi Galvani als Begründer der Elektrizität. Mit der Photovoltaik verbindet ihn jedoch nicht sehr viel. Im Jahr 1897, siebzig Jahre nach Voltas Tod, wurde ihm zu Ehren jedoch die Maßeinheit der elektrischen Spannung Volt genannt. Photovoltaik steht also für die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität.

Photovoltaik, Fotovoltaik, PV und FV?
In der alten Rechtschreibung war alles klar: Photovoltaik wird mit „Ph" geschrieben. Die neue deutsche Rechtschreibreform ließ dann auch Fotovoltaik als Schreibweise zu. Dies macht durchaus Sinn, machen wir doch Urlaubsfotos, keine Urlaubsphotos. Ob sich die Fotovoltaik indes wie das Foto als allgemeine Schreibweise durchsetzen wird, ist ungewiss. Seit jeher wird die Photovoltaik liebevoll mit PV abgekürzt. Was eine PV-Anlage ist, verstehen alle Fachleute. Logischerweise müsste jetzt auch die neue Abkürzung FV gelten. Von einer FVAnlage hat aber bislang noch nie jemand etwas gehört. Da Photovoltaik auf Englisch photovoltaics heißt und ebenfalls mit PV abgekürzt wird, hat die Schreibweise Fotovoltaik künftig wohl schlechtere Karten.

Beim Hantieren mit elektrochemischen Batterien mit Zink- und Platin-Elektroden stellte der neunzehnjährige Franzose Alexandre Edmond Becquerel eine Zunahme der elektrischen Spannung fest, wenn er diese mit Licht bestrahlte. Im Jahr 1876 wurde diese Erscheinung auch am Halbleiter Selen nachgewiesen. Im Jahr 1883 stellte der Amerikaner Charles Fritts eine Selen-Solarzelle her. Wegen der hohen Preise für Selen und der sehr aufwändigen Herstellung fand diese Zelle aber keine Verwendung zur Stromerzeugung. Die physikalische Ursache, warum bestimmte Materialen bei Bestrahlung mit Sonnenlicht eine elektrische Spannung erzeugen, verstand man seinerzeit noch nicht. Den dafür verantwortlichen Photoeffekt konnte viele Jahre später erst Albert Einstein beschreiben. Hierfür bekam er schließlich im Jahr 1921 den Nobelpreis. Mitte der 1950er-Jahre begann das Zeitalter der Halbleitertechnik. Das in der Natur häufig vorkommende Halbleitermaterial (vgl. Info S. 104) Silizium wurde zum neuen Modematerial und im Jahr 1954 erblickte schließlich die erste Silizium-Solarzelle aus den amerikanischen Bell Laboratories das Sonnenlicht. Dies war die Basis für die erfolgreiche und kommerzielle Weiterentwicklung der Photovoltaik.

5.1 Aufbau und Funktionsweise

5.1.1 Elektronen, Löcher und Raumladungszonen

Die Funktionsweise einer Solarzelle ist relativ kompliziert, muss man doch für deren Verständnis in extreme Tiefen der Physik eintauchen. Ein kleines übertragenes Modell, das in Abbildung 5.1 dargestellt ist, soll hier helfen, das Prinzip der Solarzelle zu verstehen. Man stelle sich hierzu zwei waagerechte Ebenen vor. Die zweite Ebene liegt ein wenig höher als die erste. In der ersten Ebene befindet sich eine Vielzahl von Kuhlen, also kleinen Löchern, die randvoll mit Wasser gefüllt sind. Das Wasser kann sich hier nicht von selbst bewegen. Nun beginnt jemand, kleine Gummibälle auf die erste Ebene zu werfen. Trifft ein Ball in eine Kuhle, spritzt das Wasser nach oben und gelangt so auf die zweite Ebene. Hier befinden sich keine Kuhlen, die das Wasser aufhalten. Die zweite Ebene ist nun geneigt, sodass das Wasser abfließt und von selbst in eine Abflussrinne gelangt. Diese ist über ein Rohr mit der unteren Ebene verbunden, wobei das Wasser beim Durchfließen ein kleines Wasserrad mit einem Dynamo antreibt. Ist das Wasser an der unteren Ebene angelangt, füllt es wieder die Kuhlen auf. Mit neuen Gummibällen kann der Kreislauf nun von vorne beginnen.