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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Die Reaktion der thermonuklearen Fusion leichter Elemente in den Tiefen der Sonne erzeugt eine kolossale Energie der Sonnenstrahlung. Quantitativ wird diese Strahlung durch die Intensität I charakterisiert₀ - Dies ist die Leistung der Strahlungsenergie, die pro Sekunde pro Quadratmeter einer Fläche senkrecht zu den Sonnenstrahlen aus der Erdatmosphäre austritt. Für den durchschnittlichen Abstand von der Sonne, wenn sich die Erde auf einer Ellipsenbahn bewegt, I₀ = 1,35 kW/m2. Die Gesamtleistung der in die Erdatmosphäre gelangenden Strahlungsenergie beträgt etwa 180 Millionen GW (die Gesamtleistung russischer Kraftwerke beträgt 215 GW). Die Menge an Sonnenstrahlungsenergie, die pro Jahr in die Erdatmosphäre gelangt, beträgt den kolossalen Wert 1,57 * 10¹⁸ kWh 45 % der einfallenden Strahlungsenergie stammen aus sichtbarem Licht (Wellenlängen 0,4...0,75 Mikrometer), 45 % aus Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) und 10 % aus ultravioletten Strahlen.

Das Gleichgewicht der Strahlungsenergie der Erde ist in Abb. dargestellt. 3.1. Etwa 28 % der Strahlungsenergie der Sonne werden von Wolken und Aerosolen zurück in den Weltraum reflektiert. Die Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) der Erde macht 114 % der Strahlung der Sonne aus, 42 % davon werden von der Atmosphäre zurückgegeben und der Rest geht in den Weltraum. Auf der Oberfläche des Planeten wird die einströmende Energie durch Meeresströmungen und Winde umverteilt.

Abb.3.1. Die Strahlungsenergiebilanz der Erde

Lokale Werte der an der Oberfläche der Lithosphäre oder Hydrosphäre ankommenden Sonnenstrahlungsenergie hängen von der Ausrichtung zur Sonne (Beleuchtung), Bewölkung, Luftstaub, Höhe, Jahres- und Tageszeit ab. In mittleren Breiten erreicht die Intensität der Sonnenstrahlung I tagsüber 800 W/m2 im Sommer und 200.350 W/m2 im Winter und sinkt mit Sonnenuntergang auf Null.

Die Strahlungsenergie der Sonne wird seit der Entstehung des Lebens auf dem Planeten von der Biosphäre genutzt. Die Umwandlung von Sonnenenergie in mechanische Energie wurde erstmals auf der Weltausstellung in Paris demonstriert, als ein Sonnenkollektor eine Dampfmaschine antrieb.

Trotz der relativ geringen Dichte der Strahlungsenergie hat sich die Solarenergie in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt. In den USA wurden 8 große modulare Solarkraftwerke (SPPs) mit einer Gesamtleistung von rund 450 MW in Betrieb genommen; die Energie wird in die staatlichen Stromnetze eingespeist. Die Produktion von Solar-Photovoltaik-Konvertern hat weltweit 300 MW pro Jahr erreicht, wovon 40 % aus den Vereinigten Staaten stammen. Derzeit sind weltweit mehr als 2 Millionen Solarheizsysteme in Betrieb. Die Fläche der Solarwärmekollektoren beträgt in den USA 10 Millionen m2, in Japan 8 Millionen m2. Solarenergie wird in Getreidetrocknern, Entsalzungsanlagen, Stromversorgungsanlagen für Raumstationen usw. genutzt.

Exotische Projekte werden umgesetzt. So verabschiedete die australische Regierung einen Plan zum Bau eines „Solarturms“ mit einem Grunddurchmesser von 130 Metern und einer Höhe von 1 km. Am Fuße des Turms wird ein riesiges Gewächshaus mit einem Durchmesser von 7 km entstehen. Die im Gewächshaus erwärmte Luft strömt in das Rohr und dreht die darin installierten Windmotoren. Die Leistung des Windparks soll 200 MW betragen. Die Projektkosten werden auf 308 Millionen US-Dollar geschätzt.

Autor: Labeish V.G.

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