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Allgemein:
Als Ausgleich zu den vielen negativen Berichten (Solar-Nonsens) und aufgrund zahlreicher Bitten, werden wir hier nach und nach die tatsächlichen (positiven) Fakten zur Solarenergie aufzählen. Manches (technische Feinheiten) behalten wir aber auch weiterhin für uns...
Die Sonne ist mit Abstand die älteste, zuverlässigste, sicherste und günstigste Energiequelle unseres Universums. Auch wenn die BILD-Zeitung in großen Lettern erwähnt, dass sie sich alle 100 Jahre um 10 cm von der Erde entfernt, werden wir noch einige Milliarden Jahre ihr(e) Licht und Wärme spüren dürfen. Genauso lange strahlt sie schon. Sie besteht zu etwa 80 % aus Wasserstoff, zu 20 % aus Helium und nur zu 0,1 % aus anderen Elementen.
Durchmesser: 1390.000 km (109 x die Erde)
Entfernung: ca. 150 Mio km
Es gibt viele Vergleichsbeispiele, die alle grundsätzlich stimmen und dieses gigantische Potential zum Ausdruck bringen:
Auf Ihrer Oberfläche herrschen Temperaturen von ca. 6.000° C.
Im Inneren sind es unvorstellbare 15 Millionen °C!
Aufgrund von unterschiedlichem Einstrahlwinkel und Entfernung sorgt sie auf der Erde für Temperaturen zwischen - 60 und + 60°C. Mittlere Temperaturen liegen aber bei den für uns so angenehmen 20°C.
Ohne Sonne hätten wir auf unserer Erde Dauerfrost: -180 °C. Es gäbe keine Winde, Wasser würde zu Eis, selbst die Luft würde gefrieren. Mond und Sterne wären unsichtbar, denn die Sonne ist im Sonnensystem der einzige Körper, der selbst Licht und Wärme abstrahlt — alle anderen Planeten reflektieren nur das Licht, das sie von ihr empfangen.
Schon eine nur 700 x 700 km große Solar-Fläche in der Sahara könnte ausreichen, um den aktuellen Welt-Energiebedarf (113.000 Milliarden kWh) zu decken. Heute noch Zukunftsmusik, doch Kabel werden immer länger und sicherer (im Gegensatz zu einer Öl- oder Gaspipeline im Meer)... Nein, so muss das Zukunftsszenario nicht aussehen, aber die Verhältnisse darstellen!
Quelle: www.Energienetz.de
Siehe dazu auch: http://www.desertec.org/de/concept.html
Darüber spricht man übrigens nicht erst seit es die Tagesschau im Juli 2009 brachte, sondern seit vielen Jahren und solarthermische Kraftwerke dieser Art, die mittels Dampfturbinen Strom erzeugen, werden auch bereits seit vielen Jahren in Afrika und Spanien aufgebaut. Unser Hinweis ist von 2005...
Die aktuellen Pläne gehen soweit ca. 15% des europäischen Bedarfs zu decken. Sicherlich kein besonders mutiger Ansatz, dennoch nicht nötig. Würde man diese Gelder in Mitteleuropa einsetzen, wäre Dank vermiedener Leitungsverluste- und Kosten, der Strom-Ertrag ähnlich groß. Kapital, Arbeitsplätze und Unabhängigkeit blieben aber hier!
An einem einzigen Tag schickt die Sonne genug Energie zur Erde,
um die Menschen das ganze Jahr über zu versorgen. Weil immer wieder Mitteilungen eingehen, die unsere Vergleiche als falsch darstellen, legen wir noch ein paar obendrauf - für alle, die langsamer verstehen!
0,13% der Erdoberfläche reichen bei einem Wirkungsgrad von 5% aus, um den Gesamt-Energiebedarf abzudecken. Typische Solarnutzung liegt heute aber schon bei ca. 10 - 40% Wirkungsgrad!
Auf einem Quadratmeter Fläche in Deutschland "landet" im Jahresdurchschnitt eine Energiemenge von 1.000 kWh = 100 Liter Öl! Je nach Standort liegt der Wert zwischen 700 und 1200 kWh.
In Deutschland liefert die Sonne uns täglich achtzig Mal mehr Energie, als wir insgesamt verbrauchen.
Selbst an ganz schlechten, bewohnten Standorten auf der Welt werden noch ca. 500 kWh/qm im Jahr eingestrahlt. An den allerbesten Stellen (Wüsten außerhalb des Äquators) sind es sogar bis bis zu 2.500 kWh.
Die der Erde zugeführte Sonnenenergie ist ca. 11.000 mal größer als der Weltnergiebedarf der gesamten Bevölkerung. Im Jahr erreicht die Erde ungefähr eine Gesamt-Solarstrahlung von 1.100 Milliarden Gigawattstunden...
Der weltweite Jahres-Strombedarf könnte durch eine Viertelstunde Sonneneinstrahlung gedeckt werden.
Die Flächen deutscher Dächer würden ausreichen, dieses Land mit Wärme und Strom ganzjährig zu versorgen!
Ganz egal, was irgendwelche Skeptiker behaupten oder man durch Wetterkapriolen befürchtet. Die Technik ist dafür ausgereift und in wenigen Jahren reichen sogar geringere Flächen aus! Wir wollen jedoch gar nicht darauf hinaus, sondern den Energiebedarf durch einen Mix aus Sonne, Wind und Wasser in Verbindung mit Kraft-Wärmekopplung durch Biomasse und Geothermie langfristig, sauber und günstig bereitstellen.
In Deutschland gibt es mittlerweile 1 Million solarthermischer Anlagen (einige hundert davon sind von uns...). Dennoch sparen somit nur 6% der Häuser einen Teil der fossilen Brennstoffe ein. Jedes Jahr kommen ca. 100.000 hinzu.
Die in der Tagesschau jetzt immer genannte Sonnenscheindauer (Vorhersage für die regenerativen Energien) ist ganz nett, bringt aber niemandem eine Ertrags-Aussage für den nächsten Tag, denn es kommt ja auf die Strahlungsintensität an.
Diese Werte können je nach Jahreszeit (Entfernung, Winkel der Sonne) abweichen. Bei sehr klarer Luft (Berge, Meer) und zum Äquator näheren Orten liegen sie höher, wo Städte und Industrie in der Nähe oder weiter nördlich, sind sie geringer. Wird eine Solarfläche durch Bäume, Häuser oder Berge momentan verschattet, ist im Normalfall ein leicht bewölkter Himmel dagegen ertragsreicher, als strahlender Sonnenschein, da die Reflektion der Wolken mehr Licht zur Solarfläche bringt!
Außerhalb unserer Erdatmosphäre liegt die Sonnenstrahlung bei ca. 1360 W/qm. Diverse "Filter, bzw. Reflektoren und Absorber" wie Wolken, Ozon, CO2, Aerosole, Erdboden, u.s.w. sorgen dann je nach Lage und Witterung für niedrigere Werte.
Für die Mitte Deutschlands sieht es in etwas so wie nebenstehend aus:
(bei Vergleichen immer die Erhebungszeiten berücksichtigen. Akuelle Werte liegen meist höher -mit "Alten" zu rechnen, ist aber seriöser!)
Abbildung: Durchschnittliche Globalstrahlung in Deutschland - Diese Jahreswerte beziehen sich auf den waagrechten Quadratmeter.
| [Abbildung] | [Abbildung] | [Abbildung] | [Abbildung] |
| Bei einem strahlend blauen Himmel treffen im Sommer um die Mittagszeit bei uns auf dem waagrechten Quadratmeter bis ca. 1000 W auf. | Schiebt sich eine Wolke leicht davor können es auch im Hochsommer je nach Tageszeit und Verdunkelung schon nur noch 400 - 700 W sein. | Ist die Sonne noch zu erkennen oder wird aus anderen Richtungen reflektiert, sind es vielleicht auch 200 - 300 W - wenn nicht, liegen meist nur noch 100 W vor. | Bei dunklem, tieftrüben, regnerischen Himmel kommt es fast zur Nullnummer. Weder Module, noch Kollektoren können aus diesem Licht noch nennenswerten Nutzen ziehen. |
Je nach Ausrichtung und Neigung der bestrahlten Fläche wird die Solarstrahlung auf dem waagrechten Quadratmeter mit dem sich daraus resultierenden Korrekturfaktor multipliziert. Daraus ergeben sich bei optimalen Ausrichtungen bis zu 12% zusätzlichem Strahlungsgewinn und bei abweichenden Bedingungen bis 31% Verlust, gegenüber der Waagrechten. Nordausrichtungen sind dabei nicht berücksichtigt, denn diese sind grundsätzlich nicht empfehlenswert.
Je nach dem, wie gut die Kollektoren einer thermischen Solaranlage gedämmt sind, spielt die Außentemperatur bei den aus der Strahlung resultierenden Erträgen nur eine geringe Rolle. Den größten Vorteil haben dann gute Vakuumröhren, da sie regelrecht "isoliert" sind. Dennoch lohnt sich deren teurere Anschaffung meist nicht zusätzlich.
Bei Solarstromanlagen ist es genau umgekehrt.
Je wärmer die Modulfläche, desto mehr fällt die Spannung ab und die Leistung verringert sich. Somit kann man an klirrkalten Wintertagen im reflektierenden Schnee unter Umständen um die Mittagszeit größere Leistungswerte als im Sommer messen.
Abbildung: Sonnenbahn im Laufe eines Jahres - aus Wikipedia
Die täglichen Energieerträge sind nicht nur abhängig von der Jahreszeit,
sondern auch vom Kleinklima (Wetterbedingungen vor Ort), dem Standort und der Ausrichtung/ Neigung. Nachfolgend zeigen wir die Sonnenlaufbahn für den längsten Tag und den kürzesten Tag im Jahr in der ungefähren Mitte Deutschlands Frankfurt/ Main mit ca. 50° (www.Stadtklima-Stuttgart.de).
Mit jedem Grad nördlicher verstärken sich die beiden Kurven ins extremere, so dass es in Skandinavien im Sommer nicht dunkel und im Winter kaum hell wird. Umgekehrt schwächen sich die Extreme im Süden immer mehr ab, so dass in Äquatornähe (Afrika, Mittelamerika, Südostasien) der Unterschied zwischen einem Winter- und Sommertag relativ gering ist. Die größten Abweichungen entstehen dort in "unserem Frühjahr und Herbst". Die Sonnenbahn macht dann auch nicht die für uns gewohnte Kurve von links nach rechts, sondern verläuft eher gerade über den Kopf hinweg.
Entsprechend kurz ist dort auch die morgendliche und abendliche Dämmerung (Sonnenschalter an/ aus)...
Sommer-Sonnenwende - der längste Tag (links)
4:16 -20:39 = 16.23 Sonnenstunden
Die Sonne geht frühmorgens im Nordosten auf und steht am Mittag sehr weit oben am Himmel, bevor sie spät abends im Nordwesten untergeht
Winter-Sonnenwende - der kürzeste Tag (rechts)
8:23 - 17:07 = 8.03 Sonnenstunden
Die Sonne geht am späten Morgen im Südosten auf und steht am Mittag relativ niedrig am Himmel, bevor sie am frühen Nachmittag im Südwesten schon wieder untergeht.
Aus diesen Kurven kann man entnehmen, dass trotz geringerer Strahlungs-Intensivität der solare Tagesertrag im Sommer zwischen dem hohen Norden und dem tiefen Süden fast gleich sein kann, denn die längere Sonnenscheindauer, gleicht die geringere Intensität wieder aus. Im Winter sieht dies leider ganz anders aus. Somit wird evtl. klar, dass es nichts bringt, im Norden eine Solaranlage für die Heizungsunterstützung größer zu machen, wenn die Dachabweichung von Süd größer als 45° ist. Wo die Sonne nicht steht, kann sie im Winter auch nichts mehr bringen. Bei einer reinen Warmwasserbereitung dagegen, sind auch große Abweichungen im Sommer weniger negativ.
Durch den unterschiedlich hohen Sonnenstand verlängert oder verkürzt sich auch der Schattenwurf. Die Schattenlänge errechnet sich aus der Höhe des Gegenstandes und dem Sonnennwinkel. Zur Sommersonnenwende wirft ein 15 m hohes Gebäude mittags nur einen 8 m langen Schatten. Am Anfang von Früjahr und Herbst liegt er schon bei 18,5 m und zur Wintersonnenwende bei stattlichen 54 m. Bei der Solaranlagen-Planung zwischen Häusern, Bäumen oder Hügeln sollte dies Berücksichtigung finden. Auch bei, auf Boden oder Flachdach, hintereinander aufgestellte Kollektoren oder Modulen muss dies beachtet werden.
Aber nicht alleine der Breitengrad entscheidet über die Solarerträge, sondern auch das regionale Klima! Während z.B. manche Ostsee-Insel zu den sonnenreichsten Gebiet zählen (also besser als der Süden), liegen die Nordsee-Inseln großteils in einer solaren Diaspora. Sehr nördliche Inseln wie Sylt, nahe zu Dänemark gelegen, liegen aber wieder sehr viel besser. Auch das sogenannte Klein- oder sogar Mikroklima vor Ort kann beträchtliche Unterschiede verursachen. Alleine vor oder hinter einem Haus lassen sich über das Jahr große Temperaturunterschiede feststellen...
Die astronomische Dämmerung beschreibt die Zeitdauer, in der die Sonnenhöhe zwischen 0 und -18 Grad ist, d.h. die Zeitdauer, in der die Sonne sich zwischen 0 und 18 Grad unter dem Horizont befindet. Es gibt somit sowohl morgens wie auch abends eine astronomische Dämmerung.
Die nautische Dämmerung definiert diejenige Zeitdauer, in der die Sonnenhöhe zwischen 0 und -12 Grad ist. Die nautische Dämmerung ist kürzer als die astronomische Dämmerung.
Die bürgerliche Dämmerung gibt die Zeitdauer an, in der die Sonnenhöhe zwischen 0 und -6,5 Grad ist. Die bürgerlichen Dämmerung ist kürzer als die astronomische und die nautische Dämmerung. Sie ist die Zeit, während der man ohne künstliche Beleuchtung noch lesen kann.
Sonnenaufgang, Sonnenuntergang sind Zeitpunkte, an denen die Sonnenhöhe gerade 0 Grad beträgt. (Zu beachten ist, dass es in hügeligem und bergigem Gelände durch das umliegende Relief zu einer Verschattung kommt, d.h. der Horizont nicht bei 0 Grad liegt, so dass z.B. in Tallagen die Sonne später aufgeht und früher untergeht.)
Wahre Mittagszeit (Sonnenhöchststand) ist der Zeitpunkt, an dem die Sonne ihren höchsten Sonnenstand hat (Obere Kulmination).
Die Sonnenhöhe wird in Grad angegeben.
Null Grad bedeuten, dass die Sonne gerade am Horizont und 90 Grad, dass die Sonne senkrecht am Himmel steht. In der Regel liegt der Wert des Sonnenhöchststandes zwischen 0 und 90 Grad. Ist er unter Null, so geht die Sonne überhaupt nicht auf (z.B. im Winter im hohen Norden). Ist der Sonnenhöchststand zwischen 0 und 90 Grad, so befindet sich die Sonne, wenn man sich auf der nördlichen Erdhalbkugel aufhält, im Süden und umgekehrt. Ist der Sonnenhöchststand über 90 Grad, so befindet sich auf der nördlichen Erdhalbkugel die Sonne auch im Norden. Ein dann auf der Nordhalbkugel stehender und nach Süden blickender Beobachter sieht die Sonne hinter sich!
Himmelsrichtung bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang.
Eine Himmelsrichtung wird in Grad gemessen.
Null Grad (oder 360 Grad) entspricht Nord, 90 Grad Ost, 180 Grad Süd und 270 Grad West. Ist die Himmelsrichtung bei Sonnenaufgang zum Beispiel 135°, so geht die Sonne etwa in SO auf. Gleiches gilt für die Himmelsrichtung bei Sonnenuntergang. Viele Anbieter machen es sich heute einfach un fragen nur nach der Sübabweichung = 0-90°. Das ist zwar grundsätzlich ausreichend, sorgt aber manchmal für Missverständnisse. Daher bleiben wir lieber bei den altbekannten Kompasszahlen!
Immer wieder wird man danach gefragt, meist ohne genaue Angaben. Und somit kann man auch nicht genau antworten. Im Netz finden sich viele Aussagen. Immer dann wenn es sehr pauschal wird, sind diese meist falsch. Fakt ist: die größte Solarstrahlung und geringste Reflektion erfolgt immer wenn die Sonne im rechten Winkel (also 90°) zur Fläche (Solarmodul, Solarkollektor oder auch Fenster) steht.
Somit wäre eine ständige Nachführung (Tracker) am Ertragreichsten. Dies ist aber oftmals aus optischen, statischen, räumlichen oder preislichen Gründen nicht möglich oder auch gar nicht nötig.
Daher sucht man nach Möglichkeit einen gute Ganzjahreslösung. Der hierfür optimale Winkel kann aber ohne Kenntnis der genauen Gegebenheiten nicht ermittelt werden. Die beste Ausrichtung bringt nichts, wenn diese evtl. durch Bäume, Häuser, o.ä. verschattet ist. Ein vorrangig winterlicher Betrieb erfordert einen anderen Neigungswinkel als eine Sommernutzung. Eine knapp dimensionierte Lösung hat einen engeren Spielraum als eine großzügige, u.s.w.
Weiterhin spielt der Standort (Breitengrad) eine Rolle. Am 22.6. (Sonnenwende) erfolgt die theoretisch größte Sonneneinstrahlung in der Mitte Deutschlands (Mainz = 50°) um die Mittagszeit beim Sonnenhöchstand von 63,26°. Daraus ergibt sich dann 26,74° Neigung bei genauer Südausrichtung. Diesen Wert kann man dann je nach nördlichem oder südlichem Standort um 1° senken oder heben - je nach dem an welchem Breitengrad man ist.
Da die Sonne aber vorher und nachher (vormittags und nachmittags) niedriger steht, ist ein steilerer Winkel insgesamt ertragsreicher. Da kommt es dann wieder auf das Wetter an, das man vorher nicht kennt. Wäre es morgens oder abends sonnig und mittags bewölkt, wäre eine andere Ausrichtung und größere Neigung besser. Wenn man dann noch beachtet, dass dieser Höchststand nur 2 Tage anhält und eine steilere Neigung mehr Ertrag in der anderen Jahreszeit bringt und für mehr Sauberkeit auf der Fläche sorgt, ist es logisch, dass steilere Winkel in aller Regel günstiger liegen.
Für den o.g. Breitengrad und eine netzgekoppelte Solarstromanlage, die vor allem die, hoffentlich scheinende, Sommersonne ernten will, liegt man daher mit ca. 30° nahezu optimal. Eine Solarwärmeanlage dürfte ruhig steiler sein und wenn sie großzügig dimensioniert wird und auch die Wintersonne nutzen soll, dann wäre das Gegenteil sinnvoll = 73,66°. Da auch hier vor- und nachmittags die Sonne noch steiler steht, wäre eine senkrechte Fassadenmontage (90°) optimal.
Dies gilt natürlich nur bei genau südlicher Ausrichtung. Bei mehr als 20° Abweichung sollte man senkrechte Montagen nicht ausführen, denn die Eigenverschattung nimmt zu. Auch "normale" Neigungen von 40° und mehr, führen bei Südabweichungen zu anwachsenden Minder-Erträgen.
Aber auch die Sauberkeit der bestrahlten Fläche kann manchmal eine große Rolle spielen. In stark beanspruchten Gegenden ist somit eine Neigung von z.B. 45° u.U. erheblich ertragsreicher, als das Optimum von 25° - weil der Selbstreingigunseffekt größer ist oder Schnee und Blätter erst gar nicht liegen bleiben...
FAZIT: pauschale Aussagen sind ganz nett. Wer es aber genau wissen will oder aus seiner frei aufgestellten Anlage das Optimum heraus holen möchte, muss auch die anderen Faktoren beachten.
Diese beiden grundsätzlich unterschiedlichen Energieformen miteinander zu vergleichen oder gar gegeneinander auszuspielen, macht keinen Sinn.
Aber in vielen 08/15-Internetauftritten erfolgt so etwas. Sehr dubiose Anbieter (evtl. nur einer Technik) gehen dann sogar so weit und listen Nachteile auf! "Solarthermie könnte keinen Strom erzeugen, aber aus Solarstrom könnte man auch Wärme machen" und ähnliche Dummheiten kann man dort lesen.
Beide Techniken sind seit vielen Jahren ausgereift, haben ihre volle Daseinsberechtigung in den meisten Teilen unserer Welt und sollten in modernen, umweltfreundlichen Haushalten Einsatz finden. Dass eine solare Heizungsunterstützung in der Sahara ähnlich sinnvoll, wie ein Gefrierschrank am Nordpol ist, dürfte fast jedem klar sein. Doch schon in etwas gemäßigteren Regionen (Äquator) freut man sich nicht nur über sauberen Sonnenstrom, sondern auch über die Dusche mit sonnenerwärmten Warmwasser oder vorgewärmtes Wasser zum Essenkochen.
Einige Neu-Einsteiger versuchen mal wieder Solarstrom- und Solarwärme in kombinierten Hybridkollektoren zusammen zu bringen, doch in der Regel gibt es für dieses "All in one" keinen Grund. Technischer Aufwand und damit Preise sind meist höher und bestimmte Betriebszustände können sich zwar mal begünstigen, häufig aber auch torpedieren. Daher haben auch alle früheren Anbieter dieser Systeme diese nach und nach wieder "sterben lassen".
In was soll man investieren, wenn man nur begrenzt Geld und Fläche hat?
Das ist eine Frage, die häufig gestellt wird und nicht ganz einfach zu beantworten ist. Vom ökologischen Nutzen her, kann eine solarthermische Anlage einen leichten Vorsprung haben, denn es wird oftmals ein höherer Primärenergie-Wert eingespart, zumal der "Einstieg" leichter, bzw. günstiger ausfallen kann. Dennoch kommt es dabei auch auf die Standortbedingungen an.
Wer mit seiner Investition vor allem wirtschaftliche Interessen hat, ist seit der kostendeckenden Vergütung, im Regelfalle, mit einer Photovoltaik-Anlage besser bedient. Da die Montage auch meist einfacher ist, sind aktuell Amortisationszeiten von 5 - 15 Jahren möglich, bei einer viel längeren Lebensdauer. Leider steigen die Preise bei Solarwärme-Anlagen fast jährlich. Sinken dann Energiekosten (wie zuletzt im Winter 2008/9), wird die Wirtschaftlichkeit eingeschränkt. Wenn zukünftige Neuanlagen in einigen Jahren "nur noch" den normalen kWh-Satz erhalten, wird der Vorteil wieder bei der Solarthermie liegen, vor allem wenn dann wieder Ölpreise von mehr als 1 Euro/ Liter gelten. Andererseits werden auch die Strom-Preise weiter steigen und somit eine Selbstversorgung wirtschaftlich.
In der Regel bietet aber jedes Dach und jeder Keller die Möglichkeit für beide Systeme. Bei engen Verhältnissen bekommt die Thermie-Anlage den kleineren und evtl. auch mal verschatteten Platz. Die PV-Anlage erhält die optimaleren Bedingungen um wirtschaftlicher zu werden, zumal sie keine ungenutzten Überschüsse produziert.
In der Fläche (Wirkungsgrad) liegt die Thermie etwas weiter vorne. Bei theoretischen Wirkungsgraden um 80% kann ein Solarkollektor auf dem Quadratmeter je nach Standortbedingungen um 500 kWh/Jahr "einfangen". Ein Solarstrom-Modul mit Wirkungsgraden zwischen 10 und 18% liegt dann in der Spitze bei ca. 200 kWh/ Jahr. Während die kWh Wärmeenergie aktuell aber nur um ca. 6 Cents liegt, kostet Strom um 20 Cents! Wer auch im Sommerhalbjahr viel Wärme-Energie benötigt (z.B. Prozesswärme, Autowaschanlagen, u.s.w.) kann dann die Solarthermie sehr wirtschaftlich nutzen!
Letzte Änderung am Mittwoch, 9. Dezember 2009 um 11:52:08 Uhr.