Erneuerbare Ressourcen. Es ist ein Problem, dem wir jeden Tag gegenüberstehen, ob wir es realisieren oder nicht. Mit jeder Pumpe eines Gasgriffs, mit jedem Gasdruck eines Autos, verbrauchen wir mit jedem Stecker unserer Smartphone-Ladegeräte Kraftstoff. Und eines Tages wird dieser Treibstoff ausgehen. Warum also nicht die eine Energiequelle nutzen, die nicht ausgehen wird - die Sonne?
Die Sonne ist eine großartige Einheit. Es versorgt die Welt mit genügend Energie, um die gesamte Zivilisation zu versorgen. Das einzige Problem ist, wie wir diese Energie erfassen und nutzen können. Was nützt ein Haufen freier Energie, wenn wir es nicht in ein nützliches Medium umwandeln können? Darin liegt das Problem, und es ist viel schwieriger zu lösen, als Sie sich vorstellen können.
" Moment mal ", sagen Sie, " wir haben seit den 1980er Jahren kommerziellen Solarstrom! "Und du hättest recht damit, das zu sagen. Die Schwierigkeit besteht jedoch nicht darin, die Sonnenenergie in Elektrizität umzuwandeln. Wir wissen bereits, wie das geht - nur nicht auf einer Ebene, die in Massen konsumiert werden kann. Um die Grenzen der Solarenergie zu verstehen, müssen wir wissen, wie Sonnenkollektoren funktionieren.
Begleiten Sie mich, während ich mich mit dem Inneren der Sonnenenergie beschäftige. Schauen wir uns den Prozess bei der Umwandlung von Sonnenlicht in eine lebensfähige Brennstoffquelle genauer an.
Sonnenenergie beginnt, wie Sie es erwarten, mit der Sonne. Dieser riesige Feuerball, der am Himmel hängt, ist die perfekte Energiequelle. Im Gegensatz zu Kohle verstopft die Sonne unsere Atmosphäre nicht mit Kohlendioxid. Es ist leicht zugänglich, so dass wir nicht um die Welt bohren müssen. Arbeiten mit Sonnenenergie stellt keine Bedrohung für den Menschen dar (außer vielleicht für den gelegentlichen Sonnenbrand).
Und vor allem ist Sonnenenergie kostenlos. Neben dem Aufbau der eigentlichen Rezeptoren und der Wartung der Ausrüstung entstehen für die Solarenergie keine Kosten.
Wie funktioniert das alles?
Energie ist in verschiedenen Formen um uns herum. Licht ist Energie. Wärme ist Energie. Bewegung ist Energie. Stille ist (potentielle) Energie. Die Sonne gibt eine gewaltige Menge an Licht ab und unser Ziel ist es, diese Lichtenergie in etwas umzuwandeln, das wir benutzen können, nämlich elektrische Energie.
In den meisten Fällen, wenn Licht auf ein Objekt trifft, wird es in Wärmeenergie umgewandelt. Denken Sie an Ihren letzten Strandbesuch zurück. Als du in der Sonne saßst, wurde deine Haut heiß. Es ist eine einfache Tatsache des Lebens, die wir alle erlebt haben. Aber es gibt bestimmte Materialien, die Licht in andere Energien als Wärme umwandeln. Silizium ist eines dieser Materialien.
Wenn Licht auf Silizium trifft, dissipiert es nicht als Wärme. Stattdessen springen die Elektronen im Siliziummolekül umher und erzeugen einen elektrischen Strom. Um Silizium auf diese Weise zu nutzen, benötigen Sie jedoch große Siliziumkristalle, die groß genug sind, um beachtliche Mengen an Elektrizität zu erzeugen.
Ältere Versionen der Solartechnik verwendeten Siliziumkristalle. Wie sich herausstellte, war diese Methode der Umwandlung von Sonnenlicht nicht sehr durchführbar, da große Siliziumkristalle schwierig zu wachsen sind. Wenn etwas schwierig ist, bleibt der Preis hoch. Wenn der Preis hoch bleibt, wird eine weit verbreitete Nutzung unwahrscheinlich.
Heutzutage verwendet die Solartechnik ein anderes Material. Dieses neue Material besteht aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen und wird treffend als Kupfer-Indium-Gallium-Selenid oder CIGS bezeichnet. Im Gegensatz zu Silizium sind die aus CIGS hergestellten Kristalle kleiner und billiger, aber sie sind viel ineffizienter als Silizium bei der Umwandlung von Sonnenlicht.
Und das sind wir heute. Solarstrom macht nur einen kleinen Teil der weltweiten Energieproduktion aus, und das wird auch so bleiben, bis die Wissenschaftler entweder ein neues Material finden, das genauso gut funktioniert wie Silizium, oder eine Methode findet, große Siliziumkristalle billig herzustellen.
So ineffizient wie Solarmodule derzeit sind, gibt es ein paar Methoden, die verwendet werden, um die Erfassung und Speicherung von Solarstrom zu verbessern. Eine Möglichkeit besteht darin, eine Batterie zu verwenden, die die Energie speichert und den Verbrauch ermöglicht, wenn es in der Nacht und an bewölkten Tagen keine Sonne gibt. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Heliostaten.
Was ist ein Heliostat? Sie können es sich als einen großen Spiegel (oder viele Spiegel) vorstellen, der an einer rotierenden Stange oder Plattform (oder vielen Stangen und Plattformen) befestigt ist. Im Gegensatz zu Sonnenkollektoren absorbieren Heliostaten nicht direkt die Sonne; stattdessen benutzen sie Spiegel, um das Licht der Sonne umzuleiten und es auf stationäre Sonnenkollektoren zur Absorption zu richten.
Heliostaten werden meist von Computern gesteuert. Diese Computer werden mit bestimmten Daten gefüttert (der Standort des Heliostaten, der Ort des Sonnenkollektors, die Uhrzeit und das Datum) und die Daten werden geknirscht, bis der Computer die Position der Sonne am Himmel berechnen kann. Sobald dies erledigt ist, stellt der Computer den Winkel des Spiegels so ein, dass das Sonnenlicht davon abprallt und das Zielsolarpanel trifft.
Der größte Vorteil des Heliostaten besteht darin, dass eine Vielzahl von ihnen so angeordnet werden kann, dass sie auf einen einzelnen solaren Rezeptor gerichtet sind. Während normalerweise ein Sonnenkollektor nur eine gewisse Abdeckung des Sonnenlichts erhält, kann eine Anordnung von Heliostaten die Menge an umgewandeltem Licht drastisch verstärken.
Doch selbst mit Heliostaten ist die Solarenergie noch lange nicht in Gebrauch, bevor sie in großem Umfang genutzt werden kann. Ohne das Problem der Umwandlung des eigentlichen Sonnenlichts wäre Sonnenenergie der am meisten erneuerbare, günstigste und für die Umwelt gesündeste Brennstoff unserer Zivilisation. Bis die Sonne explodiert.
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