S. im engeren und ursprünglichen Wortsinn sind Fahrzeuge (zu Land oder zu Wasser), die ihre Antriebskraft von der Sonne beziehen. Ein Solargenerator lädt im Fahrzeug mitgeführte Akkus, die den Strom, welcher über Solarzellen aus der natürlicher Sonnenstrahlung gewonnen wird, für einen oder mehreren Elektromotoren liefern.

Die Prototypen, wie sie noch auf S.-Rennen zu sehen sind, haben eine möglichst große Oberfläche, die zum Anbringen von Solarzellen genutzt wird. Die alltagstauglichen Modelle decken ihren Strombedarf nur zu geringen Teilen aus eigenen Solarzellen und stellen an sich eher Elektroautos dar, die ihren Strom von Solartankstellen beziehen.

Als Solartankstelle kann z.B. ein Garagendach dienen, auf dem die Solarzellen optimal zur Sonne ausgerichtet werden können und mehr Platz zur Montage der Zellen vorhanden ist. Es haben sich bereits S.-Besitzer mit einer gemeinsam genutzten Solartankstelle zu Solargenossenschaften zusammengeschlossen. Die Trennung von Stromgewinnung und Elektroautofahren steigert aber auch die Versuchung, das Fahrzeug gleich aus der normal betriebenen Steckdose zu tanken - ganz ohne Sonne.

Siehe auch: Elektroauto

Solarkraftwerke

Man unterscheidet zwischen Photovoltaik-Kraftwerken und solaren Wärmekraftwerken (thermische S.).

In Photovoltaik-Kraftwerken wird die einfallende Sonnenstrahlung mit Hilfe von Solarzellen direkt in Strom umgewandelt.
Solarthermische Kraftwerke hingegen nutzen die Sonnenwärme als Prozeßwärme oder zur Stromerzeugung. Außer dem Aufwindkraftwerk (s.u.) verwenden alle thermischen S. Spiegel zur Fokussierung des Sonnenlichts. Daher können sie nur in sonnenreichen Ländern mit einem hohen Anteil an Direktstrahlung (Globalstrahlung) eingesetzt werden. Optimaler Standort ist der sog. Sonnengürtel der Erde, in dem z.B. die Sahara und Südkalifornien liegen. In Europa kommen lediglich die Südteile von Spanien, Italien und Griechenland in Frage.

Vier unterschiedliche Konzepte stehen derzeit zur Diskussion:
Solartürme bestehen aus einem zentralen Empfängerturm, der von Spiegelgruppen umgeben ist, die die einfallende Sonnenenergie auf die Turmspitze konzentrieren. Dort können Temperaturen bis zu 1.000 Grad C erreicht werden, die sich sowohl als Prozeßwärme oder zur Stromerzeugung nutzen lassen. Der größte Solarturm war Solar One mit einer Leistung von 10 MW (Barstow/Kalifornien), er wurde nach seiner 6-jährigen Testphase stillgelegt.

Parabolschüsselanlagen bestehen aus Parabolspiegeln, die in ihrem Brennpunkt die gebündelte Sonnenenergie an einen Wasserdampfkreislauf oder insb. auch an Stirlingmotoren abgeben. Parabolschüsseln halten mit einem Stromerzeugungs-Wirkungsgrad von 30% den Rekord aller S.. Kleine Anlagen stehen in verschiedenen Ländern.
Beim Aufwindkraftwerk erhitzt die Sonne Luftmassen unter riesigen, treibhausartigen Glasdächern. Die Luft steigt über einen Kamin nach oben und treibt dabei eine Windturbine an. Aufwindkraftwerke sind von der Technik her sehr simpel, benötigen aber aufgrund ihres geringen Wirkungsgrads von maximal 2% sehr große Flächen. Ein Demonstrationskraftwerk (50 kW) hat in Manzanares (Spanien) bis zu seiner Zerstörung durch einen Sturm 1989 sieben Jahre lang erfolgreich Strom produziert.

Bei Parabolrinnenanlagen (Solarfarm) konzentrieren trogförmige Spiegel das Sonnenlicht auf mit synthetischem Öl gefüllte Empfängerröhren, die sich in der Brennlinie der Spiegel befinden. Das bis zu 400 Grad C heiße Öl wird zu einem zentralen Wärmetauscher gepumpt, wo es seine Energie an einen Wasserdampfkreislauf zwecks Stromerzeugung abgibt. Der Gesamtwirkungsgrad der Stromerzeugung liegt bei 14%.

Die Parabolrinnenanlagen (auch: Solarfarmen) haben bislang als einzige S.-Technologie die kommerzielle Serienfertigung erreicht. In Kalifornien waren 1992 350 MW Solarfarmleistung installiert (über 95% der Leistung aller S. weltweit) und in Brasilien 150 MW in Planung. Neue Anlagen haben eine Größe von ca. 80 MW und Stromgestehungskosten von 15-20 Pf/kWh, was nur noch wenig über den Stromgestehungskosten fossiler Kraftwerke liegt und weit unter den Gestehungskosten photovoltaischer Systeme (Solarzelle). Mit Hilfe von thermischen Speichern oder fossilen Zusatzfeuerungen können Solarfarmen sogar 24 h unvermeidlichen Eingriffen in die Wüstenflora und -fauna kann es beim jetzigen Solarfarmkonzept zu Bodenkontaminationen durch das synthetische Öl kommen. In der nächsten Generation soll u.a. deshalb auf das Öl ganz verzichtet und statt dessen in den Empfängerröhren direkt Wasser verdampft werden.

Solarfarmen besitzen weltweit ein enormes Potential, mit ihrer Hilfe könnte man den Weltstrombedarf mehrfach decken und so z.B. durch eingesparte Kohlendioxidemissionen den Treibhauseffekt eindämmen.

Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie im Auftrag des BMFT, gemeinsam durchgeführt von allen namhaften solaren Instituten und Firmen Deutschlands (1992). Je nach politischen Rahmenbedingungen könnten bis zum Jahr 2005 rund um das Mittelmeer mit einem Investitionsvolumen von 15-60 Mrd DM Solarfarmen mit einer Gesamtleistung von 3.500-13.500 MW errichtet werden. Dadurch ließ sich der Zubau an Gas- und Ölkraftwerken in den entsprechenden Gebieten um 4-15% reduzieren, wodurch der Atmosphäre jährlich 7-27 Mio t Kohlendioxid erspart blieben. Langfristig ist in den Ländern Ägypten, Libyen, Tunesien, Algerien und Marokko ein Areal von 500.000 km2 für den Aufbau von Solarfarmen geeignet.

Die allein auf dieser Fläche installierte Leistung von 12.000 GW könnte das Vierfache des derzeitigen Weltstrombedarfs decken. Der in der Sahara erzeugte Strom kann entweder mit geringen Verlusten über Höchstspannungstraßen (800 kV, Hochspannungsleitung) in die Ballungszentren geleitet werden oder aber auch auf die Wasserstofftechnologie zwecks Speicherung und Transport zurückgreifen.

Die unerschöpfliche und saubere Solarenergie hat begonnen, im Sonnengürtel der Erde kommerziell nutzbar zu werden. Es fehlt nicht die Technologie, sondern der politische Wille und damit das notwendige Kapital, den solaren Weg einzuschlagen und so endlich die weltweite Energieversorgung auf global umweltfreundliche Füße zu stellen, noch bevor der Treibhauseffekt die Erde verwüstet. Internationale Organisationen, wie z.B. die Weltbank, haben hier bislang eindeutig versagt.
Flächenbedarf: Regenerative Energiequellen

Lit.: M.Karus: Regenerative Energiequellen zur Stromerzeugung in Kalifornien, Öko-Institut, Freiburg 1987

Solarkonstante

Solarer Wasserstoff

Solarauto

Sekundärenergie

Schneller Brüter

Der schnelle Brüter ist ein Kernreaktortyp (Kernkraftwerk) zur Stromerzeugung und Plutoniumgewinnung, der als Spaltstoff (Kernspaltung) Plutonium verwendet, das mit schnellen Neutronen gespalten wird.

Uran-238 dient als Brutstoff. Im Brutmantel, der den Reaktorkern (Kernreaktor) umgibt, entsteht aus Uran 238 durch Neutroneneinfang Plutonium 239 (Brutvorgang) Der schnelle Brüter. kann so mehr Plutonium erzeugen, als er verbraucht, wodurch die begrenzten Uranreserven um den Faktor 60 gestreckt werden sollen (Energiereserven).

Da Plutonium in der Natur nicht vorkommt, muss die Erstfüllung durch Wiederaufbereitung abgebrannter Brennelemente von Leichtwasserreaktoren (Kernkraftwerk) gewonnen werden. Als Kühlmittel wird wegen guter Wärmeabfuhr und Nichtabbremsen der Neutronen Natrium verwand. Der schnelle Brüter besitzt keinen Moderator (Kernreaktor).

Die Wiederaufarbeitung von schnellern Brüter-Brennelementen verlangt spezielle Anlagen. Wegen der größeren Störfallgefahr ist der Kernreaktor von einem doppelten Sicherheitsbehälter umgeben, und ein Core-Catcher soll beim größten Störfall den geschmolzenen Reaktorkern aufnehmen, kühlen und eine Plutoniumkettenreaktion (Kernspaltung) verhindern.

Umweltbelastung: Im Normalbetrieb werden, verglichen mit Leichtwasserreaktoren (LWR), höhere Emissionen radioaktiver Edelgase (Krypton, Xenon, Argon) und geringere an radioaktivem Iod erwartet. Die größte Gefahr geht von Stör- und Unfällen aus. Prinzipiell gilt der schnelle Brüter als gefährlichster Kernreaktortyp, was Wahrscheinlichkeit und Ausmaß von Unfällen angeht. Ob dieses Gefahrenpotential durch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen kompensiert werden kann, ist umstritten.

Sicherheitstechnische Besonderheiten des schnellen Brüters.:

Das Kühlmittel Natrium stellt eine besondere Gefahr als Störfallauslöser dar, da es mit Wasser und Luft heftig reagiert.
Bei einem Störfall mit Kühlmittelverlust zeigt der schnelle Brüter im Gegensatz zum LWR keine Selbststabilisierung, vielmehr steigt seine Leistung sogar an. Es bleibt erheblich weniger Zeit, um den Reaktor mittels Schnellabschaltung abzuschalten.
Wegen der hohen Plutoniumkonzentration kann es beim schnellen Brüter im Gegensatz zum LWR zu einer begrenzten nuklearen Explosion (atombombenähnlich) kommen. Ob der Reaktordruckbehälter dem standhält, ist umstritten.
Der größtmögliche Störfall (Bethe-Tait-Störfall, vgl. Super-Gau) tritt ein, wenn die Kühlung ausfällt und die Reaktorschnellabschaltungen versagen. Folge: Leistungs- und Temperaturanstieg, Schmelzen der Brennelemente (30 % aus Plutonium). Dabei kann es mehrfach zur Bildung einer kritischen Masse (Kernspaltung), nuklearen Explosionen mit evtl. Bersten des Reaktordruckbehälters und Freisetzung extrem großer Mengen Radioaktivität kommen.

Folgen eines solchen schweren Unfalls, der sich alle ca. 100000 Reaktorjahre ereignen kann, berechnet für den schnellen Brüter in Kalkar: 1.400 Soforttote, 52000 bis 2,7 Million Folgetote; etwa eine Million Menschen müssen umgesiedelt werden, auf einer Fläche von 260 km mal 260 km ist Jahrhunderte lang keine Landwirtschaft mehr möglich, eine Fläche von 90 km mal 90 km muss oberflächlich abgetragen werden.

Die Auswirkungen liegen um das 2 bis 5 Fache höher als beim Super-Gau eines LWR. Weitere Gefahr: Mit dem Betrieb von S: gelangen große Mengen des hochgiftigen Plutoniums in Umlauf. Das erbrütete Plutonium ist wegen seiner Reinheit waffentauglich.

In Frankreich und anderen Staaten wurde es zum Atomwaffenbau verwandt.
1973 wurde mit dem Bau der schnelle Brüter in Kalkar begonnen, Kenndaten: Elektrische Leistung 295 MW, Reaktorkern konzipiert für 850 kg Plutonium. 1986 erklärte der Hersteller Interatom den schnellen Brüter für betriebsbereit. Das Land NRW erteilte jedoch keine Genehmigung zur Einlagerung der Brennelemente. 1991, noch bevor der schnelle Brüter jemals am Netz war, verkündete das BMFT das endgültige Aus für den schnellen Brüter. Die Baukosten beliefen sich, ohne Forschungsgelder, auf 7,5 Mrd DM.

In Frankreich ist der Vorzeige-schnelle Brüter Superphenix seit 1990 wegen diverser Pannen stillgelegt. Frankreich hat nach den Erfahrungen mit dem Superphenix von der ursprünglich geplanten Serienfertigung großer schneller Brüter Abstand genommen. Die USA haben bereits unter Carter die schnellen Brüter-Entwicklung eingestellt. Weltweit konnte der S. nicht zu einer kommerziellen Reife gebracht werden. Ohne schnellen Brüter stellen aber auch konventionelle Kernkraftwerke aufgrund der begrenzten Uranvorräte keine langfristige Option dar (Energiereserven).

Alternativen: regenerative Energiequellen.

Stromtarife

1996 schuf die Europäische Union die "Richtlinie zur Liberalisierung des Strommarktes", die das Ende des Strom-Monopols einläutete.

Zwei Jahre später verabschiedete der Bundestag das "Gesetz zur Neuregelung des Energiewirtschaftsgesetzes", das den deutschen Strommarkt für Wettbewerb öffnete. Seitdem können auch Tarifkunden (Stromverbraucher aus privaten Haushalten, der Landwirtschaft sowie Gewerbebetrieben) ihren Stromanbieter selbst wählen.
Die Gründe für den Wechsel des Stromversorgers sind offensichtlich. In den meisten Fällen senken die Kunden damit ihre Stromkosten und sparen Geld. Beim Wechsel zu Ökostromanbietern stehen Motive der Umweltvertäglichkeit der Stromerzeugung im Vordergrund.
Bundesweit gibt es über 7.000 Stromtarife, die mit Hilfe von Stromkostenrechner im Internet zu Tarifvergleichen genutzt werden können. Außerdem geben diese Auskunft über das Liefergebiet der jeweiligen Energieversorger.

Stromsparen

Da die Nutzung von Strom für eine Vielzahl von Umweltschädigungen und einen großen Verbrauch von Ressourcen verantwortlich ist, kommt S. bzw. rationeller Stromeinsatz unmittelbar der Umwelt zugute (Strom).

Wichtigste Regel zum S. ist, Strom möglichst nur dort zu verwenden, wo andere Energieträger wie Erdgas oder Erdöl nicht eingesetzt werden können, also v.a. nicht für Heizung und Warmwasserbereitung.
Ein großes Potential zum S. bietet die Auswahl geeigneter elektrischer Geräte. Geräte verschiedener Hersteller können einen sehr unterschiedlichen Stromverbrauch aufweisen (Haushaltsgeräte). Das Verwenden von Energiesparlampen ist ein weiterer Schritt zum S.

siehe auch: Strom, Umweltschädigungen, Ressourcen, Umwelt

Stroh

Stroh war früher ein begehrtes Material für die Tierhaltung, da es als Streu verwendet wurde.

Heute, durch die zweifelhafte moderne Viehzucht mit automatischem Dungaustrag, wird in diesem Bereich kein Stroh mehr benötigt. In biologisch geführten Bauernhöfen wird natürlich Stroh traditionell als Streu verwendet, welches die Unmengen von Gülle vermeidet und dafür ein wichtiges Düngemittel produziert oder als Grundstoff für eine Biogasanlage verwendet werden kann. Geringe Mengen an Stroh werden zu Heizzwecken in speziellen Feuerungsstätten benutzt.
Eine weitere Verwendungsmöglichkeit von Stroh bietet das Baugewerbe. Früher wurde Stroh als Wärmedämmstoff oder als Zuschlagsstoff für Lehm eingesetzt. Aufgrund der heutigen baubiologischen Erkenntnisse kann sich das Einsatzgebiet von Stroh im Bau in naher Zukunft positiv entwickeln. Stroh-Bauplatten, speziell für den Innenausbau und zur Wärmedämmung, werden schon industriell hergestellt. Nach dem Pressen des Stroh bei ca. 250 Grad C wird beidseitig ein Spezialpapier aufgeklebt.
Die entstandene Bauplatte zeichnet sich durch eine gute Wärmedämm- und Sorptionsvermögen aus. Imprägnierung macht Stroh verrottungsfest und resistent gegen Ungeziefer. Die Stroh-Bauplatte hat keine toxischen Ausgasungen (wenn die Pflanzen nicht vorher gespritzt wurden, Pflanzenschutzmittel) und ist nach dem Ausbau gut kompostierbar.
Stroh könnte sicherlich noch weiter als vielseitiger Werkstoff für den Hausbereich z.B für Stroh-Matratzen eingesetzt werden. Nachwachsende Rohstoffe und deren Verwendung werden vom Bundesminister für Forschung und Technologie durch Forschungsgelder unterstützt.

Stoßlüften

Stahl im Wohnbereich

Hauptanwendungsgebiet von S. ist die Bewehrung von Decken, Fensterstürzen und Unterzügen (Beton).

Stahlmöbel, Armaturen, Herde, Kühlschränke u.a. werden heute aus Stahl, bzw. aus Eisenblech hergestellt. Um Teppichböden antistatisch auszurüsten, werden den Garnen superfeine Stahlfasern (4-12 mycrom im Durchmesser) als antistatische Beimischung von unter 10% zugesetzt.
Alle Eisen- bzw. Stahlgegenstände können die elektrostatischen, elektrischen und magnetischen Felder eines Raumes verändern. Bei Stahlmöbeln kann es zu kapazitiven Ankopplungen an elektrische Wechselfelder im Raum kommen, was bei Elektrosensiblen evtl. zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führt.

siehe ebenso: Elektrosmog

Sperrholz

Holzplatten, die aus mindestens drei aufeinandergeleimten Holzlagen (Furniere) bestehen, deren Faserrichtungen senkrecht zu denen benachbarter Lagen laufen (DIN 68 705).

Eine besondere S.-Platte ist die Tischlerplatte, die eine Mittellage aus plattenförmig aneinandergesetzten Holzleisten besitzt und mindestens eine Furnierlage auf jeder Seite enthält. Nach Art der Verleimung (und damit der Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und Witterungseinflüsse) unterscheidet man Innen-S. und Außen-S.. Je nach Beschaffenheit der Außenfurniere unterteilt man Furnierplatten in die Güteklassen I-III, Tischlerplatten in die Güteklassen I und II.
Die verwendeten Leime sind meist auf Kunstharzbasis (Melamin, Harnstoff-Formaldehyd, Phenolharzformaldehyd). Der Leimauftrag ist im Normalfall geringer als der Leimgehalt der Spanplatte.
Die Herstellung von S.-Platten erfolgt in folgenden Schritten: Wasserlagerung oder Dämpfen, Schälen, Fehlstellen ausclippen, Trocknen, Zusammensetzen, Verleimen, Pressen und Format schneiden.
Zur S.-Herstellung ist elektrische Energie und Wärme nötig, die meist in einer firmeneigenen Wärmekraftanlage aus Holzabfällen gewonnen wird. Die Luft- und Wasserverschmutzung ist geringer als bei der Span- oder Holzfaserplattenherstellung.

Spanplatten

S. werden durch Verpressen von Holzspänen unter Zugabe von Bindemitteln hergestellt.

In Europa werden fast ausschließlich Nadelholzspäne aus Durchforstungen, Restholz von Sägewerken, Produktionsabfälle der Holzindustrie und z.T. Altholz verwendet. Als Bindemittel kommen Harnstoff-, Melamin-, und Phenolformaldehydharze (Formaldehyd), Isocyanate, Magnesit sowie Gips und Zement zum Einsatz. 90% aller S. werden mit Aminoplastharzen (Harnstoff- und Melaminformaldehydharzen) hergestellt. Dieses Kunstharz hat den höchsten Formaldehydgehalt. Die Formaldehydabgabe läßt sich durch Zusätze von Phenol sowie durch nachträgliche Beschichtung erheblich verringern.

Hauptproblem des Einsatzes von S. sind deren Formaldehydabgaben. Liegen diese unter 0,1 ppm, was dem derzeit gültigen Richtwert des Bundesgesundheitsamtes für Innenraumluft entspricht, erhalten die S. die E1-Klassifizierung, was also nicht zwangsläufig formaldehydfrei bedeutet.

Isocyanatgebundene S. sind zwar formaldehydfrei, stellen aber aufgrund möglicher Belastungen der Arbeiter bei der Herstellung und des nicht genau bekannten Emissionsverhaltens keine überzeugende Alternative dar (Isocyanate).

Abgesehen von der E1-Klassifizierung werden S. je nach empfohlenem Anwendungsbereich noch folgendermaßen gekennzeichnet:

V-20 E1 sind für alle Einsatzgebiete im trockenen Innenbereich geeignet,
V-100 E1 entsprechen den V-20-Platten und sind zusätzlich für den Einsatz in Räumen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit, z.B. für Fußböden, geeignet und
V-100 G E1 entsprechen den V-100-Platten und sind zusätzlich mit dem amtlich zugelassenen Pilzschutzmittel gegen Pilzbefall geschützt, und werden bevorzugt im Außenbereich und im Fertighausbau eingesetzt.
Neben diesen "Bau-S." werden für den Möbelbau Platten des Typs FPY und FPO mit E1-Klassifikation eingesetzt.
Der Primärenergiebedarf (Energie) zur Herstellung einer S. schwankt erheblich aufgrund der eingesetzen Größe und Feuchte des Rohmaterials sowie der verschiedenen Herstellungsverfahren und Qualitätsunterschiede des Endprodukts. Im Mittel beträgt der Primärenergiebedarf an elektrischer Energie 129 kWh/m3 und an thermischer Energie 690 kWh/m3. Gesundheitliche Belastungen der Arbeiter während der S.-Herstellung entstehen v.a. durch den großen Lärm-Schallpegel in den Fabrikhallen, den Formaldehyd-ausgasungen der Bindemittel und der Feinstaubbelastungen während des Trocknungs- und Schleifprozesses (Holzindustrie).

siehe ebenfalls: Mitteldichte Faserplatte

Sonnenkollektoren

S. sind ein Bestandteil solarthermischer Anlagen. Sie absorbieren die einfallende Solarstrahlung (Globalstrahlung) und wandeln sie in Wärme um, die zur Warmwasserbereitung, zu Heizzwecken oder als Prozesswärme genutzt werden kann. (Stromerzeugung: Photovoltaik-Anlagen, Solarzellen, Solarkraftwerke)

Man unterscheidet zwischen Flachkollektoren, Vakuumflachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren. Besonders einfache Systeme sind Schwimmbadkollektoren, die aus einfachen Kunststoffabsorbermatten bestehen und auch horizontal verlegt werden können. Für Freibäder stellen Schwimmbadkollektoren oft eine lohnende Investition dar, die sich auch ohne Fördermittel innerhalb weniger Jahre amortisiert.

Details:
Die gebräuchlichste und preiswerteste Bauart von S. sind die Flachkollektoren. Allerdings besitzen diese, im Gegensatz zu den anderen Bauarten, höhere Wärmeverluste. Bei Vakuumflachkollektoren befinden sich die Absorber in einem luftleeren Raum mit ca. 700 mbar Unterdruck. Sie besitzen eine sehr gute Wärmedämmung und einen höheren Wirkungsgrad. Die teuerste Bauart, allerdings auch die besten Wirkungsgrade weisen Vakuumröhrenkollektoren auf. Der Absorber befindet sich hier, um Wärmeverluste zu vermeiden, in einem luftleeren Glasrohr. Man unterscheidet zwei Prinzipien:

1. Heat Pipe
In einem geschlossenem Glasrohr (Wärmerohr) verdampft eine Primärflüssigkeit (z.B. Alkohol). Der leichte Dampf steigt in das obere Rohrende, das in einem Wärmeträger mündet und gibt seine Energie an die Solarflüssigkeit ab. Dort kommt es aufgrund der Energieabgabe zu Kondensation und die Flüssigkeit fliest nach unten, worauf sie durch Wärmezugabe erneut verdampft. Der Prozess beginnt von vorne.

2. Direkt durchflossene Röhren
Im Gegensatz zum Heat Pipe System, fliest hier die Solarflüssigkeit direkt durch eine als Doppelrohr ausgeführte Absorberröhre. Dieses hat den Vorteil, dass auch ein waagerechter Einbau ermöglicht wird.

Am meisten verbreitet ist der Einsatz von S. in Anlagen zur Brauchwassererwärmung. Die Anlagen sind heute technisch ausgereift und 100.000-fach praktisch erprobt.

Eine weitere sehr interessante Möglichkeit des S.-Einsatzes sind Anlagen zur solaren Nahwärmeversorgung. Die von großen Kollektorfeldern gesammelte Wärme wird hier über große Warmwasserspeicher bis in die Heizperiode aufbewahrt. In Schweden sind seit 1985 mehrere solare Nahwärmenetze in Betrieb. In Lyckebo versorgt eine 4.300 m² große Kollektorfläche, die an einen unisolierten Felskavernenspeicher (Speicherung, Aquiferspeicher) von 105.000 m³ angeschlossen ist, 550 Einfamilienhäuser mit Wärme. Solaren Nahwärmenetzen werden auch in Deutschland gute Chancen für die nahe Zukunft vorhergesagt.

Sonnenkollektor

S. absorbieren die einfallende Solarstrahlung (Globalstrahlung) und wandeln sie in Wärme um, die zur Warmwasserbereitung, zu Heizzwecken oder als Prozeßwärme genutzt werden kann.

(Stromerzeugung: Solarkraftwerke, Solarzellen)
Am meisten verbreitet sind Anlagen zur Brauchwassererwärmung (s. Graphik). Die Anlagen sind heute technisch ausgereift und 100.000fach praktisch erprobt.

Alle Länder, deren Sonnenverhältnisse vergleichbar mit denen in Italien oder Spanien sind, könnten einen Großteil ihres Warmwassers mit Hilfe von S. bereitstellen. Bislang haben dies allerdings erst wenige Länder realisiert, wie z.B. Zypern, Israel, Jordanien, wo S. bereits 25-65% der Warmwasserbereitung in privaten Haushalten übernehmen.
In Westdeutschland waren Ende 1992 etwa 900.000 m2 S.-Fläche installiert, die überwiegend in den Jahren 1990-1992 angebracht wurde. Die großen Potentiale, die S. in Deutschland als Wärmelieferant besitzen, sind damit allerdings erst zu Bruchteilen ausgeschöpft (Regenerative Energiequellen).
Über 50% der installierten S. dienen der privaten Warmwasserbereitung, gefolgt von privaten und öffentlichen Schwimmbadanlagen. Zu Heizzwecken können S. erst dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn kleine, preisgünstige Langzeitspeicher existieren, die die im Sommer eingefangene Sonnenwärme bis in den Winter hinein speichern können (Speicherung, Latentwärmespeicher).
Für die privaten Haushalte stellen S. für die Warmwasserbereitung die in unseren Breiten sinnvollste Nutzung regenerativer Energiequellen dar, die weder mit technischen noch finanziellen Risiken verbunden ist.
Die typische solare Brauchwasseranlage für einen Vierpersonenhaushalt in Deutschland besteht aus etwa 4-8 m2 Flachkollektorfläche und einem gut isolierten Warmwasserspeicher von etwa 300-400 l. Eine solche Anlage kann über das Jahr gemittelt 50-75% der Warmwasserbereitung übernehmen. Im Sommer, wenn die Zentralheizung ihren schlechtesten Wirkungsgrad besitzt, wird die Warmwasserbereitung vollständig von den S. übernommen. In den übrigen Jahreszeiten speisen Heizung und S. Wärme in den Speichertank. Die Kosten einer kompletten Anlage liegen bei 10.000-15.000 DM. Steuerliche Sonderabschreibungen und Fördermittel können die Kosten je nach Bundesland und Kommune um bis zu 50% reduzieren, womit sich die Anlagen in etwa 10-15 Jahren amortisieren. Die Energieamortisationszeit (die Zeit, bis die zur Herstellung der Anlage benötigte Energie wieder eingespielt ist) liegt bei S. bei nur 1-1,5 Jahren.
Die frostsichere Solarflüssigkeit im S.-Kreislauf sollte nicht wassergefährdend und leicht biologisch abbaubar sein; Propylenglykol ist gegenüber Ethylenglykol vorzuziehen.
Zur Brauchwassererwärmung genügen i.d.R. einfache Flachkollektoren mit Jahreswirkungsgraden von 25-35% (spezifischer Nutzgewinn pro Jahr 180 kWh/m2) und maximalen Temperaturen von 100 Grad C. Nur in speziellen Fällen lohnen sich Vakuumflachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren, bei denen sich der Absorber, um Wärmeverluste zu vermeiden, in einem luftleeren Glasrohr befindet. Mit solchen hochwertigen (und teuren) Kollektoren können Temperaturen von über 100 Grad C erreicht werden, womit sie auch Prozeßwärme für industrielle Prozesse bereitstellen können (z.B. Wäschereien). Diese Möglichkeit wird in Deutschland bislang praktisch nicht genutzt.
Besonders einfache Systeme sind Schwimmbadkollektoren, die aus einfachen Kunststoffabsorbermatten bestehen und auch horizontal verlegt werden können. Für Freibäder stellen Schwimmbadkollektoren oft eine lohnende Investition dar, die sich auch ohne Fördermittel innerhalb weniger Jahre amortisiert.
Eine sehr interessante Möglichkeit des S.-Einsatzes sind Anlagen zur solaren Nahwärmeversorgung. Die von großen Kollektorfeldern gesammelte Wärme wird hier über große Warmwasserspeicher bis in die Heizperiode aufbewahrt.
In Schweden sind seit 1985 mehrere solare Nahwärmenetze in Betrieb. In Lyckebo versorgt eine 4.300 m2 große Kollektorfläche, die an einen unisolierten Felskavernenspeicher (Speicherung, Aquiferspeicher) von 105.000 m3 angeschlossen ist, 550 Einfamilienhäuser mit Wärme. Solaren Nahwärmenetzen werden auch in Deutschland gute Chancen für die nahe Zukunft vorhergesagt; als erste Standorte sind Offenburg und Stuttgart im Gespräch.
Nutzung von Solarenergie zur Stromerzeugung: Solarzelle

Solarzellen

S. sind Halbleiterbauelemente, die Licht (Globalstrahlung) direkt in elektrischen Strom umwandeln können (photo-voltaischer Effekt, daher auch der Name Photovoltaik).

I.d.R. dient Silizium als Grundmaterial. Man unterscheidet zwischen mono- und polykristallinen Siliziumzellen, amorphen Siliziumzellen und Dünnschichtzellen. Zum letzteren Zellentyp gehören Solarzellen, die nicht aus kristallinem Silizium hergestellt werden und sehr dünn sind. Wird die Solarzelle beleuchtet, steht an den elektrischen Anschlüssen eine Gleichspannung von etwa 0,5 Volt zur Verfügung. Der Strom und damit auch die Leistung, die entnommen werden kann, hängen von der Intensität der Sonneneinstrahlung und der Zellenfläche, d.h. der Größe der Empfängerfläche, ab. S. werden zu Solarmodulen zusammengeschaltet und mit weiteren Komponenten als Photovoltaik-Anlage zur Stromerzeugung genutzt.

Details:
Monokristalline S. aus industrieller Fertigung wandeln heute etwa 16 bis 18% (Labor: 20-25%) des auftreffenden Sonnenlichts in elektrischen Strom um. Polykristalline S. weisen etwas schlechtere Wirkungsgrade auf. Das Verfahren der amorphen Zellen geht mit dem Basismaterial Silizium -da es nur als dünne Schicht aufgedampft wird- sehr sparsam um und vermeidet von vornherein die (energie-) aufwendigen und teuren Schritte der Kristallherstellung und des Zersägens in einzelne Scheiben wie bei den kristallinen S.. Amorphe Silizium-S. sind daher preiswerter herzustellen und als Dünnschichtzellen flexibler einsetzbar, haben allerdings nur einen Wirkungsgrad von 5-8% (Labor 13%).
Es gibt auch noch eine Reihe anderer Stoffe, die halbleitende Eigenschaften besitzen und geeignet sind, Licht in Strom umzuwandeln. Favorisiert werden heute unter anderem Dünnschichtzellen aus Cadmiumsulfid (CdS) bzw. Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Selenid (CuInSe2), deren Marktanteil heute bei ca. 5% liegt. Die Dünnschichttechnologie ist aufgrund des sparsamen Material- und Energieeinsatzes und der geringeren Produktionskosten (im Vergleich zu Siliziumzellen) ein Verfahren, das zukünftig einen höheren Marktanteil erwerben kann. In den Halbleiterschichten kommen jedoch in geringen Konzentrationen u. a. die Elemente Cadmium, Selen, Tellur und Kupfer (Cd, Se, Te, Cu) vor, die toxisch sein können. Somit sollten die möglichen Risiken für Umwelt und Gesundheit während der Produktion, des Betriebes und der Entsorgung dieser Module beachtet werden.
Silizium-S. bewirken am Einsatzort keine Belastung der Umwelt. Ausnahmen sind Cadmium-Tellurid-S., die bei Bränden Cadmium emittieren können. Es dauert allerdings einige Jahre bis die zur Herstellung von Silizium-S. benötigt Energie amortisiert ist (Photovoltaik-Anlagen).
In der Entwicklung stecken noch weitere Konzepte, wie z.B. die "High-Voltage-Zelle", welche eine Spannung von 2,8V bzw. 8V bei einem Wirkungsgrad von 10,2% bzw. 8,3% abgibt.
Für den Einsatz zur Stromerzeugung im Kraftwerksmaßstab sind S. auch in sonnenreichen Regionen derzeit noch erheblich zu teuer. Preiswerter sind nicht nur fossil gefeuerte Kraftwerke, sondern auch solarthermische Kraftwerke (Solarkraftwerke) und Windkraftwerke (Windenergie). Ein großer Einsatzbereich von S. wird auf absehbare Zeit der dezentrale Inselbetrieb in nicht elektrifizierten Gebieten sein. Gerade in dünnbesiedelten Regionen ist es heute schon preiswerter, Strom mit S. zu erzeugen, anstatt aufwendige und verlustreiche Stromnetze aufzubauen. Aus diesem Grund kommen in Entwicklungsländern S. heute schon vielfältig zum Einsatz: Photovoltaisch betriebene Wasserpumpen, Stromversorgung von abgelegenen Radiosendern und Krankenhäusern (Kühlung von Medikamenten) und standardisierte Systeme zur Minimalelektrifizierung privater Haushalte.
In Deutschland finden z.B. amorphe Siliziumzellen bei elektrischen Kleinverbrauchern (z.B. Taschenrechnern und Armbanduhren) ihren Einsatz.
Netzgekoppelte Anlagen, zur Unterstützung der häuslichen Stromversorgung, sind seit der Verabschiedung des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wirtschaftlich zu betreiben. Grund dafür sind die hohen Einspeisevergütungen, weshalb der erzeugte Strom komplett eingespeist werden sollte. Weiter sind auch verschiedene Förderprogramme (z.B. das 100.000-Dächer-Programm) von Bund, Ländern und Städten zu beziehen.
Weltweit ließe sich technisch betrachtet die gesamte Energieversorgung auf S. in Verbindung mit der Wasserstofftechnologie als Speicher- und Transportmedium aufbauen. Selbst im sonnenschwachen Deutschland können 12% des Strombedarfs solar gedeckt werden, wenn etwa die Hälfte der nutzbaren Dachfläche mit S. bedeckt würde.
Kompletanlagen, siehe Photovoltaik-Anlage.
Literaturangabe:
Heinz Ladener: Solare Stromversorgung

Solarthermische Anlage

Bei S. wird Wärme aus Sonnenenergie gewonnen. Häufigster Einsatzort ist die Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung. Diese Anlagen werden vom kleinen Gartenhaus bis hin zu Solarkraftwerken eingesetzt. Für die privaten Haushalte stellen S. für die Warmwasserbereitung die in unseren Breiten sinnvollste Nutzung regenerativer Energiequellen dar, die weder mit technischen noch finanziellen Risiken verbunden ist.

Die typische solare Brauchwasseranlage für einen Vierpersonenhaushalt in Deutschland besteht aus etwa 4-8 m² Flachkollektorfläche und einem gut isolierten Warmwasserspeicher von etwa 300-400 l. Eine solche Anlage kann über das Jahr gemittelt 50-75% der Warmwasserbereitung übernehmen. Im Sommer, wenn die Zentralheizung ihren schlechtesten Wirkungsgrad besitzt, wird die Warmwasserbereitung vollständig von der S. übernommen. In den übrigen Jahreszeiten speisen Heizung und Sonnenkollektoren Wärme in den Speichertank. Die Kosten einer kompletten Anlage liegen bei 3.000-12.000 €.
Steuerliche Sonderabschreibungen und Fördermittel können die Kosten je nach Bundesland und Kommune um bis zu 50% reduzieren, womit sich die Anlagen in etwa 10-15 Jahren amortisieren. Die Energieamortisationszeit (die Zeit, bis die zur Herstellung der Anlage benötigte Energie wieder eingespielt ist) liegt bei S. bei nur 1-1,5 Jahren. Die frostsichere Solarflüssigkeit im Kollektor-Kreislauf sollte nicht wassergefährdend und leicht biologisch abbaubar sein; Propylenglykol ist gegenüber Ethylenglykol vorzuziehen. Es gibt aber auch sogenannte "Flow-back-Systeme", welche ohne Zusatz, also mit reinem Wasser betrieben werden.
Weitere Komponenten einer S. sind Sonnenkollektor und Warmwasserspeicher.

siehe außerdem: Sonnenenergie, Warmwasserbereitung

Solarstromanlage

Solarpanel

Solarmodul

Bei S. werden viele Solarzellen, da sie nur mit niedriger Spannung arbeiten, für praktische Anwendungen zusammengeschaltet.

Beim Hintereinanderschalten der Zellen addieren sich die Zellenspannungen: Standart-Solarmodule bestehen aus 33 bis 40 Zellen in Reihenschaltung, die eine Spannung von 16 bis 22 Volt und eine Leistung von 30 bis 50 Watt liefern. Wird mehr Leistung oder eine höhere Spannung benötigt, können entweder größere Module mit mehr Zellen eingesetzt oder mehrere Module gleichen Typs zu einem größeren Solargenerator zusammengeschaltet werden.

Solarkreislauf

Der S. stellt die Rohrleitungsverbindung zwischen Sonnenkollektor und Warmwasserspeicher dar. Mit Hilfe einer Solarflüssigkeit transportiert er die in den Kollektoren absorbierte Energie über Rohrleitungen in den Speicher und gibt sie dort an das Heiz- oder Brauchwasser ab.

Die Rohrleitung vom Kollektor kommend, mit der erwärmten Solarflüssigkeit, nennt man Vorlauf. Die Rohrleitung zum Kollektor hin, mit der kälteren Flüssigkeit, nennt man Rücklauf. Eine Umwälzpumpe sorgt für die nötige Zirkulation. Die meisten Modelle werden je nach Höhe der Temperatur an den Absorbern drehzahlgeregelt.
Weitere Bestandteile eines S. sind die Sicherheitseinrichtungen. So sorgen Ausdehnungsgefäß und Sicherheitsventil dafür, dass es nicht durch Druckanstieg zu Beschädigungen der Anlage kommt.

Sonnenkollektor, Warmwasserspeicher, Energie, Brauchwasser

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