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Solarenergie - Реферат


Реферат на тему:
Solarenergie
Energiepotential der Sonne:
In weniger als einer halben Stunde strahlt die Sonne mehr Energie auf unseren kleinen blauen Planeten, als die Menschheit in einem ganzen Jahr verbraucht.
Der j?hrliche Prim?renergieverbrauch betr?gt derzeit immerhin ca. 100 Mio. GWh.
Tendenz: schnell steigend.
Neben Energiesparen und rationeller Energienutzung, durch deren Anwendung allein schon bis zu 50% des Energiebedarfs eingespart werden k?nnen, stellt die Sonnenenergie somit ein unersch?pfliches Potential an Energie zur Verf?gung.
Neben der Solarenergie gibt es noch zwei weitere Energieformen, die nach menschlichem Ermessen nicht auszusch?pfen sind: Gravitationsenergie und Geothermie.
Die Solarenergie allein stellt jedoch schon so viele M?glichkeiten in der Energie- und Rohstoffversorgung zur Verf?gung, dass die beiden anderen Varianten der erneuerbaren Energieformen wohl auf absehbare Zeit nur eine untergeordnete Rolle spielen werden.
Die Einstrahlung an solarer Energie betr?gt auf der ganzen Welt 1000 Watt pro qm (Globalstrahlung). Unterschiedlich ist jedoch die Zusammensetzung des Sonnenspektrums, die Sonnenscheindauer und der Winkel unter welchem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfl?che fallen.
Deshalb unterscheidet sich auch die eingestrahlte Energie zwischen 1000 kWh pro qm und Jahr (Mitteleuropa) und z.B. 2200 kWh pro qm und Jahr (Nordafrika).
Dies bedeutet aber nicht, dass es sich in unseren Regionen nicht lohnen w?rde die Kraft der Sonne zu nutzen. Auf Deutschland strahlt die Sonne jedes Jahr das 200fache unseres Prim?renergieverbrauchs.
>> Diese Karte veranschaulicht die Verteilung
der j?hrlich eingestrahlten Energiemenge:
?berblick ?ber Erneuerbare Energien:
> Direkte Sonnenenergie (Solarstrom und Solarw?rme)
> Indirekte Sonnenenergie (Windenergie, Wasserkraft, Wellen- und Gezeitenenergie
> Die letzten drei als Wechselspiel von Gravitations- und Sonnenenergie-)
> Gespeicherte Sonnenenergie (Biomasse, Pflanzen?le, Biogas -fest, fl?ssig, gasf?rmig-)
aber auch Erdw?rme (Stromerzeugung und Fernw?rme)
Einige Vorteile solarer Energiebereitstellung:
> Unabh?ngigkeit von fossilen und atomaren Energietr?gern
> Strom- und W?rmeerzeugung ohne sch?dliche Auswirkungen auf Klima und Umwelt.
> Dezentrale Strukturen ersparen Energieverluste
> Dezentrale Technik macht unabh?ngig von gro?en Versorgern und erleichtern den Einstieg
> Kurze solare Energiewandlungsketten sind wirtschaftlicher die langen fossilen und atomaren
> Gro?es Arbeitsplatzpotential
Erneuerbare Energien k?nnen heute nach technischen Gesichtspunkten die fossilen und atomaren Energien abl?sen. Einzig der Wille zum Umstieg fehlt.
W?rde man, was zwar Unsinn, aber theoretische machbar w?re, in der Sahara eine Fl?che von 700 x 700 km mit einem Wirkungsgrad von nur 10% nutzen, so k?nnte man den heutigen Gesamtweltenergiebedarf damit decken. (siehe Grafik)
Eine Fl?che von 700 x 700 km w?rde ben?tigt,
um den heutigen Weltenergiebedarf zu decken.
Angenommen ist dabei ein Wirkungsgrad der
Solarfarmen von 10%
Thermische Solaranlagen
Sonnenkollektoranlagen zur:
Warmwasserbereitung - Heizung - Schwimmbadwassererw?rmung.
Etwa 50 % des Energiebedarfs der Bundesrepublik Deutschland (?hnliches gilt f?r ?sterreich und die Schweiz) werden zur Bereitstellung von sogenannter Niedertemperaturw?rme, also W?rme bis 100°C, gebraucht. Diese Niedertemperaturw?rme wird haupts?chlich zur Brauchwasserbereitung und zum Heizen eingesetzt. In diesen Bereichen hat die Sonnenenergie gute Chancen, mittels der Kollektortechnik einen immer gr??er werdenden Anteil an der Energieversorgung zu erreichen.
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1. Vom Gartenschlauch zum Vakuum-Hochleistungskollektor
Das Herzst?ck einer solchen Anlage zur Gewinnung von W?rme ist der Sonnenkollektor: Jeder kennt den einfachsten Kollektor, den man sich vorstellen kann, und hat dessen Leistungsf?higkeit an hei?en Sommertagen schon oft mit Erstaunen bewundert: In einem einfachen Gartenschlauch, der auf einer Wiese ausgebreitet ist, erw?rmt sich das darin befindliche Wasser ohne weiteres auf Temperaturen von 50° - 60° C. Ursache daf?r ist die im ?berfluss vorhandene Sonnenenergie. Das Prinzip, das dahinter steckt, ist bei einem Gartenschlauch ?hnlich wie bei einem Hochleistungskollektor.
Das Kernst?ck eines jeden Sonnenkollektors ist der Absorber, der mit einer speziellen schwarzen Farbe beschichtet ist und die Aufgabe hat, die Strahlung der Sonne in W?rme umzuwandeln. Diese W?rme muss durch einen W?rmetr?ger, Wasser oder Frostschutzgemisch, abgef?hrt werden. Als Absorber verwendet man entweder Rohre (z.B. Gartenschlauch) oder Lamellen aus Metall, zwischen die ein Rohr eingepresst wurde (siehe Abbildung).
Der Unterschied zwischen einem Gartenschlauch und einem Hochleistungskollektor besteht vor allem in drei Punkten:
1. Der Gartenschlauch ist nach au?en hin nicht isoliert, so dass ein gro?er Teil der absorbierten Sonnenenergie nicht an das Wasser im Schlauch, sondern an die Luft um den Schlauch abgegeben wird.
2. Die einfache schwarze Farbe des Gartenschlauchs wandelt im Gegensatz zu einer Spezialbeschichtung einen geringeren Anteil der Sonnenstrahlung in nutzbare W?rme um.
3. Der Absorber eines richtigen Sonnenkollektors befindet sich hinter Glas in einer "Strahlenfalle" (?hnlich wie bei dem Treibhauseffekt).
In der Praxis kommen verschiedene Sonnenkollektoren zum Einsatz:
" Kunststoffabsorber ohne Isolation
" Flachkollektoren
" Vakuumflachkollektoren
" Vakuumr?hrenkollektoren
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2. Aufbau einer Sonnenkollektoranlage
Das Prinzip einer jeden Sonnenkollektoranlage ist, dass eine W?rmetr?gerfl?ssigkeit durch den Sonnenkollektor flie?t und dabei die durch Umwandlung der Sonnenstrahlung entstandene W?rme aufnimmt. Das warme Wasser wird in einem isolierten Beh?lter gespeichert und kann sp?ter bei Bedarf genutzt werden.
Die drei wichtigsten Typen von Solaranlagen sind:
" Anlagen mit Druckspeicher
" Anlagen mit drucklosem Speicher
" Schwerkraftanlagen
W?hrend Solaranlagen mit drucklosem Speicher in erster Linie f?r Selbstbauanlagen in Frage kommen, da dies die Kosten betr?chtlich senkt, werden Schwerkraftanlagen in Mitteleuropa nur relativ selten gebaut, weil hierf?r die baulichen Voraussetzungen oft nicht gegeben sind. Sie haben zwar den Vorteil, dass auf eine elektrische Umw?lzpumpe verzichtet werden kann, da das warme Wasser von alleine in den Beh?lter aufsteigt, doch muss der Speicher oberhalb des Kollektors installiert werden, was nicht immer problemlos m?glich ist. Wie auf der Skizze zu sehen ist, hat man als Verbindung von dem Sonnenkollektor zum Speicher einen geschlossenen Kreis, so dass das Frostschutzgemisch, das durch den Sonnenkollektor flie?t, mit dem erw?rmten Wasser, dassp?ter aus dem Wasserhahn kommt, nicht in Ber?hrung kommt.
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3. Einsatzgebiete f?r Sonnenkollektoren
" Schwimmbadwassererw?rmung
" Brauchwasserbereitung
" Heizung/Heizungsunterst?tzung
Komponenten zur Schwimmbadwassererw?rmung, Brauchwasserbereitung und Heizung sind heute sehr ausgereift und garantieren einen zuverl?ssigen Betrieb einer wohl durchdachten und gut gebauten Anlage. So erm?glicht es eine Solaranlage in einem Freibad, auf die Erw?rmung des Schwimmbadwassers mit Fremdenergie ganz zu verzichten und das Wasser nur mit der umweltfreundlichen Sonnenenergie zu heizen. Es ist nur schwer nachvollziehbar, warum immer noch so wenige Freib?der mit kostenloser Sonnenenergie beheizt werden, obwohl sich solche Anlagen in wenigen Jahren amortisieren und von der Technik her unkompliziert sind.
?hnlich zuverl?ssig arbeiten Anlagen zur Brauchwasserbereitung. Im Sommerhalbjahr liefert eine Solaranlage 90 - 100 % des ben?tigten Warmwassers und erm?glicht so das Abschalten der Heizung, die - wenn sie nur zur Warmwasserbereitung l?uft - mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad arbeitet. Im Jahresdurchschnitt deckt eine Sonnenkollektoranlage 60 - 70 % des Warmwasserbedarfs.
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4. Heizen mit Sonnenenergie
Ein Gebiet, auf dem die Bundesrepublik Deutschland ein totales Entwicklungsland ist. Wie die umweltfreundliche Sonnenenergie zum Heizen von ganzen Siedlungen eingesetzt werden kann, sieht man im "sonnenverw?hnten" Schweden. Dort, sowie in anderen nordischen L?ndern, hat man auf diesem Gebiet Pionierarbeit geleistet und gezeigt, dass es m?glich ist, die W?rmeenergie f?r Heizung und Brauchwasser schon heute zu 65 - 70 % mit Sonnenenergie zu gewinnen.
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5. Planung und Dimensionierung von Solaranlagen
Die Planung und der Bau von Solaranlagen kann, wie viele Beispiele belegen, problemlos durch handwerklich begabte Menschen erfolgen. Es empfiehlt sich aber, nicht nur die entsprechende Literatur zu lesen, sondern auch, sich eine bereits gebaute Anlage anzusehen und mit dem Besitzer ?ber dessen Erfahrungen zu sprechen. Die Sonnenkollektoren sollten mit einem Neigungswinkel von ca. 45 Grad in Richtung S?den aufgebaut werden. Steht kein Hausdach mit dieser S?dausrichtung zur Verf?gung, so kann dieser Nachteil entweder durch eine etwas vergr??erte Kollektorfl?che oder durch Installation der Kollektoren im Garten (siehe Foto) ausgeglichen werden. Was die Gr??e der ben?tigten Kollektorfl?che betrifft, so geht man bei einem durchschnittlichen Tagesverbrauch von ca. 50 Liter/Person davon aus, dass 1,6 - 1,8 m2/Person gen?gen. (Bei Abweichung von der S?dausrichtung entsprechend mehr). Das Speichervolumen sollte im Falle eines Druckspeichers bei ca. 100 Liter/Person liegen.
6. Kosten und Wirtschaftlichkeit
Obgleich eine Solaranlage nicht nur durch einfache Kostenvergleiche mit konventionellen Systemen beurteilt werden darf, die Kosten von Umweltsch?den durch die Verwendung von ?l, Gas, Kohle und Uran sind schlie?lich im Energiepreis nicht enthalten, spielen die Kosten f?r den Einzelnen nat?rlich eine gro?e Rolle.
Eine ausgereifte Solaranlage zur Warmwasserbereitung f?r einen 4-Personen-Haushalt kostet heute zwischen 3000 und 4000 Euro (ohne Montagekosten). Diese Kosten k?nnen durch staatliche F?rderprogramme stark gesenkt werden, so dass eine Sonnenkollektoranlage durchaus sehr kosteng?nstig errichtet werden kann. Die H?he der F?rderung ist regional sehr unterschiedlich.
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