Kurzer Sonnenstrahl, konstante Energieversorgung
Solarenergie rund um die Uhr
Die von der Sonne erzeugte Energie ist das Nonplusultra sauberen, kostenlosen Stroms. Aber selbst der sonnigste Standort hat einen Haken, nämlich die Nacht. Bei einem konventionellen Kraftwerk spielt die Tageszeit keine Rolle, aber bei Solarenergie gilt: keine Sonne, kein Strom. Um also rund um die Uhr Solarenergie zur Verfügung stellen zu können, muss diese gespeichert werden. Bei der Umwandlung in nutzbaren Strom spielen Vakuumpumpen von Busch eine entscheidende Rolle.
Solarpaneele speisen nur dann Strom ins Netz, wenn die Sonne auf sie scheint – daher können sie selbst an wolkenlosen Tagen nur tagsüber Leistung erbringen. Ohne eine tragfähige Energiespeicherung müssen andere Formen der Stromerzeugung, in der Regel mit nicht erneuerbaren fossilen Brennstoffen, die auftretenden Lücken an wolkigen Tagen und in der Nacht füllen. Eine Lösung besteht darin, die Erzeugung von Solarenergie eher wie ein konventionelles Kraftwerk zu organisieren – indem sie in Wärmeenergie umgewandelt wird.
Wärme für regnerische Tage
Wärmeenergie lässt sich viel einfacher speichern als Strom. Nehmen wir als Beispiel eine einfache Thermoskanne, die unseren Kaffee warm hält, im Vergleich zur Anzahl an Batterien, die wir benötigen, um einen Wasserkocher ohne Stromanschluss zum Kochen zu bringen. Während herkömmliche Solarpaneele Sonnenlicht direkt in Strom umwandeln, kommt in solarthermischen Kraftwerken ein weiterer Schritt hinzu: Sie wandeln das Sonnenlicht in Wärme um, die einfacher gespeichert und nach Bedarf genutzt werden kann.
Von Wärme zu Strom
Der Schlüssel zur solaren Wärmeenergie liegt in der Konzentration der Sonnenstrahlen. Statt aus flachen Paneelen besteht ein solarthermisches Kraftwerk aus konkaven Spiegeln, die die Strahlen auf einen Kollektor reflektieren. Der Kollektor enthält eine Flüssigkeit, entweder geschmolzenes Salz oder ein synthetisches Öl, die durch diese konzentrierten Strahlen erwärmt wird. Die erwärmte Flüssigkeit kann dann bei Temperaturen zwischen 400 und 600 °C in isolierten Tanks aufbewahrt werden.
Wird Strom benötigt, nutzt man die Flüssigkeit zum Erhitzen und Verdampfen von Wasser. Der Dampf wird durch eine Turbine geleitet, die einen Generator antreibt. Eine Vakuumpumpe ist mit dem Kondensator verbunden, in dem der Dampf wieder zu Wasser wird. Vor dem Start der Turbine saugt die Vakuumpumpe Luft und andere nicht kondensierbare Gase ab. Dies verbessert die Effizienz des Kondensationsprozesses, indem die isolierende Wirkung der Luft außer Kraft gesetzt wird, die sonst den Prozess verlangsamen würde. Außerdem wird der Gegendruck auf die Turbine minimiert, wodurch sich die Wärme effizienter in mechanische Energie umwandeln lässt. Nach dem Start der Turbine wird das Vakuumniveau durch kontinuierliches Entfernen eintretender Luft aufrechterhalten. Durch den Einsatz von Vakuum in diesem Prozess kann die kostenlose, saubere Energie, die wir aus unserer Sonne gewinnen, optimal genutzt werden.
Wärme für regnerische Tage
Wärmeenergie lässt sich viel einfacher speichern als Strom. Nehmen wir als Beispiel eine einfache Thermoskanne, die unseren Kaffee warm hält, im Vergleich zur Anzahl an Batterien, die wir benötigen, um einen Wasserkocher ohne Stromanschluss zum Kochen zu bringen. Während herkömmliche Solarpaneele Sonnenlicht direkt in Strom umwandeln, kommt in solarthermischen Kraftwerken ein weiterer Schritt hinzu: Sie wandeln das Sonnenlicht in Wärme um, die einfacher gespeichert und nach Bedarf genutzt werden kann.
Von Wärme zu Strom
Der Schlüssel zur solaren Wärmeenergie liegt in der Konzentration der Sonnenstrahlen. Statt aus flachen Paneelen besteht ein solarthermisches Kraftwerk aus konkaven Spiegeln, die die Strahlen auf einen Kollektor reflektieren. Der Kollektor enthält eine Flüssigkeit, entweder geschmolzenes Salz oder ein synthetisches Öl, die durch diese konzentrierten Strahlen erwärmt wird. Die erwärmte Flüssigkeit kann dann bei Temperaturen zwischen 400 und 600 °C in isolierten Tanks aufbewahrt werden.
Wird Strom benötigt, nutzt man die Flüssigkeit zum Erhitzen und Verdampfen von Wasser. Der Dampf wird durch eine Turbine geleitet, die einen Generator antreibt. Eine Vakuumpumpe ist mit dem Kondensator verbunden, in dem der Dampf wieder zu Wasser wird. Vor dem Start der Turbine saugt die Vakuumpumpe Luft und andere nicht kondensierbare Gase ab. Dies verbessert die Effizienz des Kondensationsprozesses, indem die isolierende Wirkung der Luft außer Kraft gesetzt wird, die sonst den Prozess verlangsamen würde. Außerdem wird der Gegendruck auf die Turbine minimiert, wodurch sich die Wärme effizienter in mechanische Energie umwandeln lässt. Nach dem Start der Turbine wird das Vakuumniveau durch kontinuierliches Entfernen eintretender Luft aufrechterhalten. Durch den Einsatz von Vakuum in diesem Prozess kann die kostenlose, saubere Energie, die wir aus unserer Sonne gewinnen, optimal genutzt werden.
Weiterlesen – Solarpaneele im Weltall
Im Weltall scheint die Sonne 24 Stunden am Tag. Daher dienen vakuumbeschichtete Solarpaneele als Hauptstromquelle für fast alle Satelliten und Sonden sowie für die Internationale Raumstation (ISS). Was, wenn wir diesen konstanten Strom an Sonnenenergie auch auf der Erde nutzen könnten? Die Umsetzbarkeit dieser Idee soll im SOLARIS-Projekt der Europäischen Weltraumorganisation bewiesen werden. Wenn das Projekt durchgeführt wird, werden Solaranlagen in eine geostationäre Umlaufbahn rund 36.000 km über der Erdoberfläche geschickt und strahlen die von ihnen erfasste Energie über Mikrowellen zu uns herunter. Die Dimensionen des Projekts sind enorm: Für die Erzeugung eines Gigawatts außerirdischer Energie wird eine Fläche von 5 km2 mit Solarpaneelen im Weltraum benötigt. Und die Bodenstation hier auf der Erde muss mit 25 km2 sogar noch größer sein, nämlich etwas größer als Manhattan Island, das Stadtzentrum von New York City. Zwar gibt es vor der Umsetzung des Projekts noch viele technologische Herausforderungen zu bewältigen, aber das Ergebnis wäre ein großer Schritt für die Menschheit: rund um die Uhr saubere, umweltfreundliche Energie aus dem Weltraum mithilfe von Vakuum.
Im Weltall scheint die Sonne 24 Stunden am Tag. Daher dienen vakuumbeschichtete Solarpaneele als Hauptstromquelle für fast alle Satelliten und Sonden sowie für die Internationale Raumstation (ISS). Was, wenn wir diesen konstanten Strom an Sonnenenergie auch auf der Erde nutzen könnten? Die Umsetzbarkeit dieser Idee soll im SOLARIS-Projekt der Europäischen Weltraumorganisation bewiesen werden. Wenn das Projekt durchgeführt wird, werden Solaranlagen in eine geostationäre Umlaufbahn rund 36.000 km über der Erdoberfläche geschickt und strahlen die von ihnen erfasste Energie über Mikrowellen zu uns herunter. Die Dimensionen des Projekts sind enorm: Für die Erzeugung eines Gigawatts außerirdischer Energie wird eine Fläche von 5 km2 mit Solarpaneelen im Weltraum benötigt. Und die Bodenstation hier auf der Erde muss mit 25 km2 sogar noch größer sein, nämlich etwas größer als Manhattan Island, das Stadtzentrum von New York City. Zwar gibt es vor der Umsetzung des Projekts noch viele technologische Herausforderungen zu bewältigen, aber das Ergebnis wäre ein großer Schritt für die Menschheit: rund um die Uhr saubere, umweltfreundliche Energie aus dem Weltraum mithilfe von Vakuum.