Big Bang HTL 4, Schulbuch

178 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) Solarkonstante, Ausgangswert 1367 W/m 2 Erdatmosphäre verringert den Wert durch Streuung und Absorption (–27%) 1000 W/m 2 Wolken verringern den Wert (–50%) 500 W/m 2 Sonne scheint im Schnitt nur 12 Stunden (–50%) 250 W/m 2 Sonne strahlt nicht senkrecht ein (–50%) 125 W/m 2 Wirkungsgrad einer Solarzelle (–80%) 25 W/m 2 Tab. 19.3: Abschätzung, wie sich die Strahlungsleistung der Sonne auf der Erde verringert und was im Schnitt in unseren Breiten am Boden übrig bleibt. Abb. 19.20: Die Karte zeigt die lokale Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche (Mittel 1991–93). Zur Deckung des derzeitigen Weltenergiebedarfs durch Solarstrom wären sechs Kreisflächen ausreichend, die einen Durchmesser von 240 km besitzen müssten (siehe Abb. 19.27). Wie viel Strahlungsleistung letztlich am Boden ankommt, ist von verschiedenen Faktoren abhängig (Tab. 19.3). In Österreich ist es im Schnitt rund 1/10 der Solarkonstante. Aber das ist immer noch jede Menge, nämlich über den Daumen 125 W/m 2 . Je näher man dem Äquator kommt, desto steiler strahlt die Sonne ein und desto größer wird die Nettoausbeute (Abb. 19.20). Solaranlagen Das ist der allgemeine Ausdruck für Anlagen, die Sonnenenergie in andere Energieformen um- wandeln. thermische Solaranlagen Sie wandeln Sonnenenergie in Wärme um. Sie werden oft kurz ebenfalls Solaranlagen genannt, was zu Verwechslungen führen kann. Sonnen- kollektoren Sie sind die Kernstücke von thermischen Solaran- lagen. Sie wandeln Sonnenstrahlung in Wärme um. thermische Solarkraftwerke Sie wandeln Sonnenenergie zuerst in Wärme um und diese dann in Strom. Photovoltaik- Anlagen Sie wandeln Sonnenenergie direkt in Strom um. Solarzellen Das sind Halbleiterelemente, die das Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln. Sie sind Bestandteil von Photovoltaik-Anlagen. Tab. 19.4: Gebräuchliche Ausdrücke im Zusammenhang mit Sonnenenergie Einrichtungen, die Sonnenenergie in eine andere Energie- form umwandeln, nennt man generell Solaranlagen (Tab. 19.4). Thermische Solaranlagen etwa wandeln die Sonnenenergie in Wärme um. Oft lässt man aber den Zusatz thermisch weg, was zu Verwechslungen führen kann. Info: CLIL – Solar thermal panels Thermische Solaranlagen werden zur Warmwasserberei- tung genutzt, also für Bad und Zentralheizung. Was die Son- ne nicht schafft, etwa wegen Schlechtwetters, übernimmt ein konventioneller Heizkessel (siehe Abb. 19.21). Diese Form der umweltschonenden Energiebereitstellung ist in Öster- reich Gott sei Dank inzwischen sehr verbreitet. Im Jahr 2018 waren bereits 5,5 Millionen m 2 Kollektoren in Betrieb. Das entspricht einer Fläche von rund 700 Fußballfeldern und er- spart den Ausstoß von fast 450.000 Tonnen CO 2 ! Eine besonders einfache Methode wird beim Beheizen von Schwimmbecken benutzt. Dabei verwendet man schwarze Kunststoffschläuche, die zu Matten zusammengefügt sind, also quasi nur einen Absorber (Abb. 19.22). Damit kann man die Wassertemperatur um etwa 5 °C erhöhen – und das völlig gratis! ( F17 ) Abb. 19.22: Prinzip eines Schwimm- badabsorbers CLIL – Solar thermal panels The core of a thermal solar system is the solar collector (Fig. 19.17). This essentially consists of a black absorber with an integrated pipe coil. If the sun appears, the absorber and thus the water flowing through are heated (Fig. 19.17 a). It is exactly the same effect as if you leave a dark garden hose in the sun ( F17 ), just more efficient. When the absorber is heated, light is converted into infrared radiation. A glass plate reflects the majority of it back into the collector (b) and thus increases the total retained energy, typically up to 60 to 75%, which is highly efficient! Fig. 19.21: Schematic construction of a thermal solar system (a) and a solar collector in the cross-section (b) i Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv