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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Solarenergie. Potenzial, Ressourcenbewertung, Barrieren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Solarpotential Die jährliche Solarenergieversorgung variiert von 900-1000 kWh/m2 im nördlichen Ostseeraum bis beispielsweise 1077 kWh/m2 in Mitteleuropa (Böhmen) und bis zu 1600 kWh/m2 in den Mittelmeer- und Schwarzmeerregionen horizontale Fläche. Im Süden, auf einer geneigten Fläche, ist die jährliche Sonnenenergieaufnahme um 20 % höher. Ressourcenbewertung Die verfügbare Sonnenenergie variiert im Laufe des Tages aufgrund der relativen Bewegung der Sonne und abhängig von der Wolkendecke. Bei klarem Wetter kann die Sonneneinstrahlung zur Mittagszeit 1000 W/m2 erreichen, während sie bei dichter Bewölkung selbst zur Mittagszeit auf 100 W/m2 oder weniger sinken kann. Die Menge der Sonnenenergie ändert sich mit dem Neigungswinkel der Anlage und der Ausrichtung ihrer Oberfläche und nimmt ab, wenn sie sich von der südlichen Richtung entfernt. Auf dem Markt verkaufte fabrikgefertigte Solarzellen haben eine bestimmte Nennleistung, ausgedrückt in Watt Spitzenleistung (Wpp). Dies ist ein Indikator für ihre maximale Leistung unter Standardtestbedingungen, wenn die Sonneneinstrahlung nahe ihrem Maximalwert von 1000 W/m2 liegt und die Oberflächentemperatur der Solarzelle 25 °C beträgt°C. In der Praxis müssen Fotozellen unter solchen Bedingungen selten betrieben werden. Die ungefähre Leistung (P) einer Photovoltaikanlage wird nach folgender Formel abgeschätzt: P (kWh/Tag) = Pp (kW) * I (kWh/m2 pro Tag) * P wobei: Pp ist die Nennleistung in kW, entspricht dem Wirkungsgrad multipliziert mit der Fläche in m2, I ist die oberflächliche Sonneneinstrahlung in kWh/m2 pro Tag, PR ist der Systemleistungsfaktor. Der durchschnittliche Tageswert der Sonneneinstrahlung (I) in Europa in kWh/m2 pro Tag (Neigung nach Süden, Neigungswinkel zum Horizont 30 Grad) ist in der Tabelle angegeben.
Typische Leistungsfaktoren:
Unter europäischen Bedingungen übersteigt die einfallende Sonnenenergie in den meisten Fällen den Energieverbrauch des Gebäudes. Beispielsweise erhält ein typisches Mehrfamilienhaus in der Tschechischen Republik 1077 kWh/m2, während jede Etage etwa 150 kWh/m2 für Heizung und weitere 25–50 kWh/m2 für Beleuchtung und Kochen verbraucht, was im Allgemeinen 875–1000 kWh/m2 entspricht für ein fünfstöckiges Gebäude (Fußböden werden in m2 horizontaler Fläche gemessen). Die im Laufe des Jahres bereitgestellte Solarenergie ist in der Regel ausreichend, die nutzbare Ressource ist jedoch durch Schwankungen der Solarenergie und der Speicherkapazität begrenzt. Eine korrekte Abschätzung des Anteils der nutzbaren Solarwärme kann unter Berücksichtigung unterschiedlicher Wärmelasten erfolgen. Die Einschränkungen integrierter Systeme bestehen typischerweise darin, dass Solarheizung nur 60–80 % des Warmwassers und 25–50 % des Heizbedarfs decken kann. Dies hängt vom Standort des Hauses und der Art der Anlage ab. In Nordeuropa liegen die Grenzwerte für die Warmwasserversorgung und die Raumheizung bei 70 % bzw. 30 %. Analysen und Erfahrungen mit Solarzentralheizungen zeigen, dass sie 5 % des Verbrauchs ohne Speicherung, 10 % mit 12-Stunden-Speicherung und etwa 80 % mit saisonaler Speicherung decken können. Diese Daten basieren auf Fernwärmesystemen für Privathaushalte, bei denen der durchschnittliche Wärmeverlust 20 % beträgt. Solarheizungen ohne Wärmespeicher sind die mit Abstand günstigste Lösung. Solarwärme kann etwa 30 % des Bedarfs von Industriebetrieben decken, die Wärme unter 100 °C nutzen, wenn ihr Wärmeverbrauch stabil ist. Je nach Jahreszeit und Temperatur kann Solarenergie 100 % des Bedarfs an Trocknungsprodukten decken. Die Solarheizung von Schwimmbädern kann im Sommer die Heizlast für Hallenbäder nahezu vollständig und für Freibäder zu 100 % decken. Daher geht es bei der Berechnung des Solarwärmepotenzials hauptsächlich um die Abschätzung des Bedarfs an Niedertemperaturwärme. Barrieren Die meisten Solarwärmeanlagen sind gut entwickelt, und wenn dabei Schwierigkeiten auftreten, sind diese eher auf den Mangel an bestimmten Materialien oder Technologien an einem bestimmten Standort als auf den Mangel an Technologie selbst zurückzuführen. Daher sind die Haupthindernisse neben wirtschaftlichen auch:
Manchmal ist das Hindernis ein Mangel an Solarenergie. Bei aktiven Solarheizsystemen findet man fast immer einen Ort für die Installation des Kollektors, an dem man die Energie aus dem Sonnenlicht gewinnen kann. Bei passiver Solarenergie, die typischerweise durch normale Fenster einfällt, kann die Nähe zu Häusern oder Bäumen zu einer erheblichen Reduzierung der einfallenden Energie führen. Selbst nach der starken Preissenkung kosten Solarzellen derzeit 5 US-Dollar pro Watt. Strom aus Solarzellen kostet heute 1 – 0,5 Dollar/kWh und ist damit teurer als aus anderen erneuerbaren Quellen. Mit zunehmender Verbreitung dürften die Kosten für Solarzellen in Zukunft sinken. Trotz ihrer hohen Kosten kann Photovoltaik-Energie in abgelegenen Regionen, die vom Stromnetz abgeschnitten sind oder in denen die Stromerzeugung mit anderen Mitteln (z. B. Dieselgeneratoren) schwierig oder aus Umweltgründen inakzeptabel ist (z. B. in den Bergen), günstiger sein als andere Quellen Bereiche).
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