Solarenergie - Solar energy

Die Quelle der Sonnenenergie der Erde: die Sonne

Solarenergie ist Strahlungslicht und Wärme der Sonne , die mit einer Reihe von Technologien wie solarer Warmwasserbereitung , Photovoltaik , Solarthermie , Solararchitektur , Salzschmelzenkraftwerken und künstlicher Photosynthese genutzt wird .

Es ist eine wesentliche Quelle erneuerbarer Energie , und seine Technologien werden allgemein als passive Solarenergie oder aktive Solarenergie charakterisiert, je nachdem, wie sie Solarenergie einfangen und verteilen oder in Solarenergie umwandeln . Aktive Solartechniken umfassen den Einsatz von Photovoltaikanlagen , konzentrierter Solarenergie und solarer Warmwasserbereitung , um die Energie zu nutzen. Passive Solartechniken umfassen die Ausrichtung eines Gebäudes zur Sonne, die Auswahl von Materialien mit günstiger thermischer Masse oder lichtstreuenden Eigenschaften und die Gestaltung von Räumen mit natürlicher Luftzirkulation .

Die große Menge an verfügbarer Sonnenenergie macht sie zu einer sehr attraktiven Stromquelle. Das UN - Entwicklungsprogramm in seinem 2000 World Energy Assessment festgestellt , dass das jährliche Potenzial der Solarenergie 1,575-49,837 war Exajoule (EJ). Dies ist ein Vielfaches des weltweiten Gesamtenergieverbrauchs , der 2012 bei 559,8 EJ lag.

Im Jahr 2011 die International Energy Agency sagte , dass „die Entwicklung von erschwinglichen, unerschöpflichen und sauberen Solarenergietechnologien haben große längerfristige Vorteile. Es wird Länder erhöhen die Energiesicherheit durch das Vertrauen auf eine einheimische, unerschöpflich, und meist importieren unabhängige Ressourcen , die Nachhaltigkeit verbessern , die Umweltverschmutzung reduzieren, die Kosten für die Eindämmung der globalen Erwärmung senken und die Preise für fossile Brennstoffe niedriger als sonst halten. Diese Vorteile sind global. Daher sollten die zusätzlichen Kosten der Anreize für eine frühzeitige Bereitstellung als Lerninvestitionen betrachtet werden; sie müssen mit Bedacht eingesetzt werden und müssen weit verbreitet werden".

Potenzial

Etwa die Hälfte der einfallenden Sonnenenergie erreicht die Erdoberfläche.
Durchschnittliche Sonneneinstrahlung . Die theoretische Fläche der kleinen schwarzen Punkte reicht aus, um den weltweiten Gesamtenergiebedarf von 18 TW mit Solarstrom zu decken.

Die Erde empfängt 174  Petawatt (PW) der einfallenden Sonnenstrahlung ( Einstrahlung ) an der oberen Atmosphäre . Ungefähr 30% werden zurück in den Weltraum reflektiert, während der Rest von Wolken, Ozeanen und Landmassen absorbiert wird. Das Spektrum des Sonnenlichts an der Erdoberfläche ist hauptsächlich über den sichtbaren und nahen Infrarotbereich verteilt , mit einem kleinen Teil im nahen Ultraviolett . Der Großteil der Weltbevölkerung lebt in Gebieten mit einer Sonneneinstrahlung von 150–300 Watt/m 2 oder 3,5–7,0 kWh /m 2 pro Tag.

Die Sonnenstrahlung wird von der Landoberfläche der Erde, den Ozeanen – die etwa 71 % der Erde bedecken – und der Atmosphäre absorbiert. Warme Luft, die verdunstetes Wasser aus den Ozeanen enthält, steigt auf und verursacht atmosphärische Zirkulation oder Konvektion . Wenn die Luft eine große Höhe erreicht, wo die Temperatur niedrig ist, kondensiert Wasserdampf zu Wolken, die auf die Erdoberfläche regnen und den Wasserkreislauf schließen . Die latente Wärme der Wasserkondensation verstärkt die Konvektion und erzeugt atmosphärische Phänomene wie Wind, Zyklone und Antizyklone . Das von den Ozeanen und Landmassen absorbierte Sonnenlicht hält die Oberfläche auf einer durchschnittlichen Temperatur von 14 °C. Durch Photosynthese wandeln grüne Pflanzen Sonnenenergie in chemisch gespeicherte Energie um, die Nahrung, Holz und die Biomasse produziert, aus der fossile Brennstoffe gewonnen werden.

Die Gesamtsonnenenergie absorbiert durch die Erdatmosphäre, die Ozeane und Landmassen ist etwa 3.850.000  Exajoule (EJ) pro Jahr. Das war 2002 in einer Stunde mehr Energie als in einem Jahr weltweit verbraucht wurde. Die Photosynthese fängt jährlich etwa 3.000 EJ in Biomasse ein. Die Menge an Sonnenenergie, die die Oberfläche des Planeten erreicht, ist so groß, dass sie in einem Jahr etwa doppelt so viel ist, wie jemals aus allen nicht erneuerbaren Ressourcen der Erde an Kohle, Öl, Erdgas und abgebautem Uran zusammen gewonnen werden kann ,

Jährliche Sonnenströme und menschlicher Verbrauch 1
Solar 3.850.000
Wind 2.250
Biomassepotenzial ~200
Primärenergieverbrauch 2 539
Strom 2 ~67
1 Energieangabe in Exajoule (EJ) = 10 18 J = 278 TWh  
2 Verbrauch ab Jahr 2010

Die potenzielle Sonnenenergie, die von Menschen genutzt werden könnte, unterscheidet sich von der Menge an Sonnenenergie, die nahe der Erdoberfläche vorhanden ist, da Faktoren wie Geographie, Zeitschwankungen, Wolkenbedeckung und das dem Menschen zur Verfügung stehende Land die Menge an Sonnenenergie begrenzen, die wir erwerben kann.

Die Geographie beeinflusst das Solarenergiepotenzial, da Gebiete, die näher am Äquator liegen, eine höhere Sonneneinstrahlung aufweisen. Der Einsatz von Photovoltaik , die dem Sonnenstand folgt, kann jedoch das Sonnenenergiepotenzial in äquatorferneren Gebieten deutlich erhöhen. Zeitschwankungen wirken sich auf das Potenzial der Sonnenenergie aus, da während der Nacht nur wenig Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche fällt, die von Sonnenkollektoren absorbiert werden kann. Dies begrenzt die Energiemenge, die Sonnenkollektoren an einem Tag aufnehmen können. Wolkenbedeckung kann das Potenzial von Sonnenkollektoren beeinträchtigen, da Wolken das einfallende Licht der Sonne blockieren und das für Solarzellen verfügbare Licht reduzieren.

Zudem hat die Flächenverfügbarkeit einen großen Einfluss auf die verfügbare Solarenergie, da Solarpaneele nur auf sonst ungenutzten und für Solarpaneele geeigneten Flächen aufgestellt werden können. Dächer sind ein geeigneter Ort für Solarzellen, da viele Menschen entdeckt haben, dass sie auf diese Weise Energie direkt aus ihrem Zuhause beziehen können. Weitere für Solarzellen geeignete Flächen sind nicht bewirtschaftete Flächen, auf denen Solaranlagen errichtet werden können.

Solartechnologien werden entweder als passiv oder aktiv charakterisiert, je nachdem, wie sie Sonnenlicht einfangen, umwandeln und verteilen und ermöglichen die Nutzung der Sonnenenergie auf verschiedenen Ebenen auf der ganzen Welt, meist abhängig von der Entfernung zum Äquator. Obwohl Sonnenenergie sich in erster Linie auf die Nutzung der Sonnenstrahlung für praktische Zwecke bezieht , beziehen alle erneuerbaren Energien, außer Geothermie und Gezeitenkraft , ihre Energie entweder direkt oder indirekt von der Sonne.

Aktive Solartechniken verwenden Photovoltaik, konzentrierte Solarenergie , Solarthermiekollektoren , Pumpen und Ventilatoren, um Sonnenlicht in nutzbare Leistungen umzuwandeln. Passive Solartechniken umfassen die Auswahl von Materialien mit günstigen thermischen Eigenschaften, die Gestaltung von Räumen mit natürlicher Luftzirkulation und die Referenzierung der Position eines Gebäudes zur Sonne. Aktive Solartechnologien erhöhen die Energieversorgung und gelten als angebotsseitige Technologien, während passive Solartechnologien den Bedarf an alternativen Ressourcen reduzieren und allgemein als nachfrageseitige Technologien gelten.

Im Jahr 2000 veröffentlichten das Entwicklungsprogramm der Vereinten Nationen , das UN-Department für wirtschaftliche und soziale Angelegenheiten und der Weltenergierat eine Schätzung der potenziellen Sonnenenergie, die jedes Jahr von Menschen genutzt werden könnte, unter Berücksichtigung von Faktoren wie Sonneneinstrahlung, Wolkenbedeckung und das Land, das für den Menschen nutzbar ist. Die Schätzung ergab, dass Solarenergie ein globales Potenzial von 1.600 bis 49.800 Exajoule (4,4 × 10 14 bis 1,4 × 10 16  kWh) pro Jahr hat (siehe Tabelle unten) .

Jährliches Solarenergiepotenzial nach Regionen (Exajoule)
Region Nordamerika Lateinamerika und Karibik Westeuropa Zentral-und Osteuropa Die frühere Sowjetunion Mittlerer Osten und Nordafrika Afrika südlich der Sahara Pazifik Asien Südasien Zentral geplantes Asien Pazifik-OECD
Minimum 181.1 112.6 25,1 4.5 199,3 412.4 371,9 41,0 38,8 115,5 72,6
Maximal 7.410 3.385 914 154 8.655 11.060 9.528 994 1.339 4.135 2.263
Notiz:
  • Das gesamte globale jährliche Solarenergiepotenzial beträgt 1.575 EJ (Minimum) bis 49.837 EJ (Maximum)
  • Die Daten spiegeln Annahmen der jährlichen Einstrahlung bei klarem Himmel, der durchschnittlichen jährlichen Himmelsentfernung und der verfügbaren Landfläche wider. Alle Angaben in Exajoule.

Quantitatives Verhältnis des globalen Solarpotenzials zum weltweiten Primärenergieverbrauch :

  • Verhältnis Potenzial vs. Stromaufnahme (402 EJ) im Jahr: 3,9 (Minimum) zu 124 (Maximum)
  • Verhältnis Potenzial vs. prognostizierter Verbrauch bis 2050 (590–1.050 EJ): 1,5–2,7 (Minimum) zu 47–84 (Maximum)
  • Verhältnis Potenzial vs. prognostizierter Verbrauch bis 2100 (880–1.900 EJ): 0,8–1,8 (Minimum) bis 26–57 (Maximum)

Quelle: Entwicklungsprogramm der Vereinten Nationen – World Energy Assessment (2000)

Wärmeenergie

Solarthermische Technologien können zur Warmwasserbereitung, Raumheizung, Raumkühlung und Prozesswärmeerzeugung eingesetzt werden.

Frühe kommerzielle Anpassung

1878 demonstrierte Augustin Mouchot auf der Weltausstellung in Paris erfolgreich eine Solar-Dampfmaschine, konnte aber wegen billiger Kohle und anderer Faktoren die Entwicklung nicht fortsetzen.

1917 Patentzeichnung von Shumans Sonnenkollektor

Im Jahr 1897 baute Frank Shuman , ein US-amerikanischer Erfinder, Ingenieur und Pionier der Solarenergie, einen kleinen Demonstrations-Solarmotor, der durch Reflexion der Sonnenenergie auf mit Äther gefüllte quadratische Kästen funktionierte, die einen niedrigeren Siedepunkt als Wasser haben und innen mit schwarzen Rohren ausgestattet waren, die trieb wiederum eine Dampfmaschine an. 1908 gründete Shuman die Sun Power Company mit der Absicht, größere Solarkraftwerke zu bauen. Zusammen mit seinem technischen Berater ASE Ackermann und dem britischen Physiker Sir Charles Vernon Boys entwickelte er ein verbessertes System mit Spiegeln, um Sonnenenergie auf Kollektorkästen zu reflektieren und die Heizleistung so weit zu steigern, dass jetzt Wasser anstelle von Äther verwendet werden konnte. Shuman konstruierte daraufhin eine mit Niederdruckwasser betriebene Dampfmaschine in Originalgröße, die es ihm ermöglichte, das gesamte Solarmotorsystem bis 1912 patentieren zu lassen.

Shuman baute zwischen 1912 und 1913 das erste solarthermische Kraftwerk der Welt in Maadi , Ägypten . Seine Anlage trieb mit Parabolrinnen einen 45-52 Kilowatt (60-70  PS ) Motor an, der mehr als 22.000 Liter (4.800 imp gal; 5.800 .) pumpte US gal) Wasser pro Minute vom Nil zu den angrenzenden Baumwollfeldern. Obwohl der Ausbruch des Ersten Weltkriegs und die Entdeckung von billigem Öl in den 1930er Jahren die Weiterentwicklung der Solarenergie behinderten, wurden Shumans Vision und grundlegendes Design in den 1970er Jahren mit einer neuen Welle des Interesses an Solarthermie wiederbelebt. 1916 wurde Shuman in den Medien zitiert, die sich für die Nutzung der Sonnenenergie einsetzten, und sagte:

Wir haben den kommerziellen Nutzen der Sonnenenergie in den Tropen bewiesen und insbesondere bewiesen, dass die Menschheit nach Erschöpfung unserer Öl- und Kohlevorräte unbegrenzte Energie aus den Sonnenstrahlen erhalten kann.

—  Frank Shuman, New York Times, 2. Juli 1916

Wassererwärmung

Solarwarmwasserbereiter mit Blick auf die Sonne , um den Gewinn zu maximieren

Solare Warmwassersysteme nutzen Sonnenlicht, um Wasser zu erhitzen. In mittleren geografischen Breiten (zwischen 40 Grad Nord und 40 Grad Süd) können 60 bis 70 % des Warmwasserbedarfs mit Wassertemperaturen bis 60 °C (140 °F) durch Solaranlagen gedeckt werden. Die gebräuchlichsten Arten von Solarwarmwasserbereitern sind Vakuumröhrenkollektoren (44%) und verglaste Flachkollektoren (34%), die im Allgemeinen für die Brauchwassererwärmung verwendet werden; und unglasierte Kunststoffkollektoren (21%), die hauptsächlich zur Beheizung von Schwimmbädern verwendet werden.

Im Jahr 2015 betrug die installierte Gesamtkapazität solarer Warmwassersysteme rund 436 Gigawatt thermischer Leistung (GW th ), und China ist mit 309 GW th installierter Leistung und einem Marktanteil von 71 % weltweit führend bei deren Bereitstellung . Israel und Zypern sind bei der Nutzung von solaren Warmwassersystemen pro Kopf mit über 90 % der Haushalte führend. In den USA, Kanada und Australien ist die Beheizung von Schwimmbädern die dominierende Anwendung von solarer Warmwasserbereitung mit einer installierten Leistung von 18 GW th ( Stand 2005).

Heizen, Kühlen und Lüften

In den Vereinigten Staaten machen Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) 30 % (4,65 EJ/Jahr) des Energieverbrauchs in gewerblichen Gebäuden und fast 50 % (10,1 EJ/Jahr) des Energieverbrauchs in Wohngebäuden aus. Ein Teil dieser Energie kann durch solare Heiz-, Kühl- und Lüftungstechnologien ausgeglichen werden.

Das 1939 in den USA gebaute Solar House #1 des MIT nutzte saisonale thermische Energiespeicher für das ganzjährige Heizen.

Thermische Masse ist jedes Material, das verwendet werden kann, um Wärme zu speichern – im Fall von Sonnenenergie Wärme von der Sonne. Zu den üblichen thermischen Massenmaterialien gehören Stein, Zement und Wasser. In der Vergangenheit wurden sie in ariden Klimazonen oder warm-gemäßigten Regionen verwendet, um Gebäude kühl zu halten, indem sie tagsüber Sonnenenergie absorbieren und nachts gespeicherte Wärme an die kühlere Atmosphäre abstrahlen. Sie können jedoch auch in kalten gemäßigten Gebieten verwendet werden, um die Wärme zu erhalten. Die Größe und Platzierung der thermischen Masse hängt von mehreren Faktoren wie Klima, Tageslicht und Beschattung ab. Bei ordnungsgemäßer Integration hält die thermische Masse die Raumtemperaturen in einem komfortablen Bereich und reduziert den Bedarf an zusätzlichen Heiz- und Kühlgeräten.

Ein Solarkamin (oder in diesem Zusammenhang thermischer Kamin) ist ein passives solares Lüftungssystem, das aus einem vertikalen Schacht besteht, der das Innere und Äußere eines Gebäudes verbindet. Wenn sich der Schornstein erwärmt, wird die Luft im Inneren erwärmt, wodurch ein Aufwind entsteht , der Luft durch das Gebäude zieht. Die Leistung kann verbessert werden, indem Verglasungen und thermische Massenmaterialien in einer Weise verwendet werden, die Gewächshäusern nachempfunden ist.

Laubbäume und -pflanzen wurden als Mittel zur Steuerung der solaren Heizung und Kühlung gefördert. Wenn sie auf der Südseite eines Gebäudes auf der Nordhalbkugel oder der Nordseite auf der Südhalbkugel gepflanzt werden, spenden ihre Blätter im Sommer Schatten, während die nackten Äste im Winter Licht durchlassen. Da kahle, kahlen Bäume 1/3 bis 1/2 der einfallenden Sonnenstrahlung beschatten, besteht ein Gleichgewicht zwischen den Vorteilen der Sommerbeschattung und dem entsprechenden Wärmeverlust im Winter. In Klimazonen mit erheblichen Heizlasten sollten Laubbäume nicht auf der dem Äquator zugewandten Seite eines Gebäudes gepflanzt werden, da sie die solare Verfügbarkeit im Winter beeinträchtigen. Sie können jedoch auf der Ost- und Westseite verwendet werden, um im Sommer eine gewisse Verschattung zu bieten, ohne den solaren Gewinn im Winter nennenswert zu beeinträchtigen .

Kochen

Parabolisches Gericht produziert Dampf zum Kochen, in Auroville , Indien

Solarkocher nutzen Sonnenlicht zum Kochen, Trocknen und Pasteurisieren . Sie können in drei große Kategorien eingeteilt werden: Boxkocher, Plattenkocher und Reflektorkocher. Der einfachste Solarkocher ist der 1767 von Horace de Saussure erstmals gebaute Kastenkocher . Ein einfacher Kastenkocher besteht aus einem isolierten Behälter mit transparentem Deckel. Es kann effektiv bei teilweise bedecktem Himmel verwendet werden und erreicht normalerweise Temperaturen von 90 bis 150 ° C (194 bis 302 ° F). Plattenkocher verwenden eine reflektierende Platte, um Sonnenlicht auf einen isolierten Behälter zu lenken und Temperaturen zu erreichen, die mit Boxkochern vergleichbar sind. Reflektorkocher verwenden verschiedene Konzentrationsgeometrien (Schale, Mulde, Fresnel-Spiegel), um das Licht auf einen Garbehälter zu fokussieren. Diese Herde erreichen Temperaturen von 315 °C (599 °F) und mehr, benötigen jedoch direktes Licht, um richtig zu funktionieren, und müssen neu positioniert werden, um der Sonne zu folgen.

Prozesswärme

Solarkonzentrierende Technologien wie Parabolspiegel, Rinnen und Scheffler-Reflektoren können Prozesswärme für kommerzielle und industrielle Anwendungen bereitstellen. Das erste kommerzielle System war das Solar Total Energy Project (STEP) in Shenandoah, Georgia, USA, wo ein Feld von 114 Parabolschüsseln 50 % des Prozesswärme-, Klima- und Strombedarfs für eine Bekleidungsfabrik lieferte. Dieses netzgekoppelte Blockheizkraftwerk lieferte 400 kW Strom plus thermische Energie in Form von 401 kW Dampf und 468 kW Kaltwasser und verfügte über einen einstündigen Spitzenlastspeicher. Verdunstungsbecken sind flache Becken, die durch Verdunstung gelöste Feststoffe konzentrieren . Die Nutzung von Verdunstungsbecken zur Gewinnung von Salz aus Meerwasser ist eine der ältesten Anwendungen der Sonnenenergie. Moderne Anwendungen umfassen das Konzentrieren von Solelösungen, die im Laugungsbergbau verwendet werden, und das Entfernen gelöster Feststoffe aus Abfallströmen.

Wäscheleinen , Wäscheständer und Kleiderständer trocknen Kleidung durch Verdunstung durch Wind und Sonnenlicht ohne Strom und Gas zu verbrauchen. In einigen Bundesstaaten der Vereinigten Staaten schützt die Gesetzgebung das „Recht, Kleidung zu trocknen“. Unverglaste Transpirationskollektoren (UTC) sind perforierte sonnenseitige Wände zur Vorwärmung der Zuluft. UTCs können die Temperatur der einströmenden Luft auf bis zu 22 °C (40 °F) anheben und Austrittstemperaturen von 45–60 °C (113–140 °F) liefern. Die kurze Amortisationszeit von Transpirationssammlern (3 bis 12 Jahre) macht sie zu einer kostengünstigeren Alternative zu verglasten Sammelsystemen. Bis 2003 wurden weltweit über 80 Anlagen mit einer kombinierten Kollektorfläche von 35.000 Quadratmetern (380.000 sq ft) installiert, darunter ein 860 m 2 (9.300 sq ft) Kollektor in Costa Rica zum Trocknen von Kaffeebohnen und ein 1.300 m 2 (14.000 sq ft) Sammler in Coimbatore , Indien, zum Trocknen von Ringelblumen.

Wasserversorgung

Durch Solardestillation kann Salz- oder Brackwasser trinkbar gemacht werden. Das erste dokumentierte Beispiel dafür stammt von arabischen Alchemisten des 16. Jahrhunderts. Ein groß angelegtes Solardestillationsprojekt wurde erstmals 1872 in der chilenischen Bergbaustadt Las Salinas errichtet. Die Anlage mit einer Solarsammelfläche von 4.700 m 2 (51.000 sq ft) könnte bis zu 22.700 l (5.000 imp gal; 6.000 US gal) pro Tag produzieren und 40 Jahre lang betrieben werden. Individuelle Destillierapparat- Designs umfassen Single-Slope, Double-Slope (oder Gewächshaustyp), vertikale, konische, invertierte Absorber, Multi-Docht und Mehrfacheffekt. Diese Stills können im passiven, aktiven oder hybriden Modus betrieben werden. Double-Slope-Destillierapparate sind für dezentrale Haushaltszwecke am wirtschaftlichsten, während aktive Mehrfacheffektgeräte eher für große Anwendungen geeignet sind.

Bei der solaren Wasserdesinfektion (SODIS) werden wassergefüllte Plastikflaschen aus Polyethylenterephthalat (PET) mehrere Stunden lang dem Sonnenlicht ausgesetzt . Die Expositionszeiten variieren je nach Wetter und Klima zwischen mindestens sechs Stunden und zwei Tagen bei vollständig bedecktem Himmel. Es wird von der Weltgesundheitsorganisation als praktikable Methode zur Wasseraufbereitung im Haushalt und zur sicheren Lagerung empfohlen . Über zwei Millionen Menschen in Entwicklungsländern nutzen diese Methode für ihr tägliches Trinkwasser.

Solarenergie kann in einem Wasserstabilisierungsteich verwendet werden, um Abwasser ohne Chemikalien oder Strom zu behandeln . Ein weiterer Vorteil für die Umwelt besteht darin, dass Algen in solchen Teichen wachsen und bei der Photosynthese Kohlendioxid verbrauchen , obwohl Algen giftige Chemikalien produzieren können, die das Wasser unbrauchbar machen.

Schmelzsalztechnologie

Salzschmelze kann als thermische Energiespeichermethode verwendet werden, um die von einem Solarturm oder Solartrog eines konzentrierten Solarkraftwerks gesammelte Wärmeenergie zu speichern , um sie bei schlechtem Wetter oder nachts zur Stromerzeugung zu verwenden. Es wurde im Projekt Solar Two von 1995 bis 1999 demonstriert . Das System soll einen jährlichen Wirkungsgrad von 99% haben, ein Hinweis auf die Energie, die durch die Speicherung von Wärme vor der Umwandlung in Strom zurückgehalten wird, im Gegensatz zur direkten Umwandlung von Wärme in Strom. Die geschmolzenen Salzmischungen variieren. Die umfangreichste Mischung enthält Natriumnitrat , Kaliumnitrat und Calciumnitrat . Es ist nicht brennbar und ungiftig und wurde bereits in der Chemie- und Metallindustrie als Wärmeträgerflüssigkeit eingesetzt. Daher liegen Erfahrungen mit solchen Systemen in nicht-solaren Anwendungen vor.

Das Salz schmilzt bei 131 ° C (268 ° F). Es wird bei 288 °C (550 °F) in einem isolierten "kalten" Lagertank flüssig gehalten. Das flüssige Salz wird durch Platten in einem Sonnenkollektor gepumpt, wo die fokussierte Strahlung es auf 566 ° C (1.051 ° F) erhitzt. Anschließend wird es in einen heißen Lagertank geleitet. Dieser ist so gut isoliert, dass die Wärmeenergie bis zu einer Woche sinnvoll gespeichert werden kann.

Wenn Strom benötigt wird, wird das heiße Salz zu einem herkömmlichen Dampfgenerator gepumpt, um überhitzten Dampf für eine Turbine/einen Generator zu erzeugen , wie er in jedem herkömmlichen Kohle-, Öl- oder Kernkraftwerk verwendet wird. Eine 100-Megawatt-Turbine würde einen Tank von etwa 9,1 Metern (30 Fuß) Höhe und 24 Metern (79 Fuß) Durchmesser benötigen, um sie mit dieser Konstruktion vier Stunden lang anzutreiben.

Mehrere Parabolrinnen- Kraftwerke in Spanien und der Solarturm- Entwickler SolarReserve nutzen dieses thermische Energiespeicherkonzept. Die Solana Generating Station in den USA verfügt über eine sechsstündige Lagerung durch geschmolzenes Salz. Die Anlage María Elena ist ein 400-MW-Thermo-Solar-Komplex in der nordchilenischen Region Antofagasta mit Schmelzsalztechnologie.

Stromproduktion

Einige der größten Solarkraftwerke der Welt: Ivanpah (CSP) und Topaz (PV)

Solarenergie ist die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom , entweder direkt durch Photovoltaik (PV) oder indirekt durch konzentrierte Solarenergie (CSP). CSP-Systeme verwenden Linsen oder Spiegel und Nachführsysteme, um einen großen Bereich des Sonnenlichts in einen kleinen Strahl zu fokussieren. PV wandelt Licht durch den photoelektrischen Effekt in elektrischen Strom um .

Solarenergie wird voraussichtlich bis 2050 die weltweit größte Stromquelle werden, wobei Solarphotovoltaik und konzentrierte Solarenergie 16 bzw. 11 Prozent zum weltweiten Gesamtverbrauch beitragen. Im Jahr 2016, nach einem weiteren Jahr mit rasantem Wachstum, erzeugte Solar 1,3% des Weltstroms.

Kommerzielle konzentrierte Solarkraftwerke wurden erstmals in den 1980er Jahren entwickelt. Die 392 MW Ivanpah Solar Power Facility in der kalifornischen Mojave-Wüste ist das größte Solarkraftwerk der Welt. Andere große konzentrierte Solarkraftwerke sind das 150-MW- Solnova-Solarkraftwerk und das 100-MW- Andasol-Solarkraftwerk , beide in Spanien. Das 250-MW- Solarprojekt Agua Caliente in den Vereinigten Staaten und der 221-MW- Charanka-Solarpark in Indien sind die größten Photovoltaikanlagen der Welt . Es werden Solarprojekte über 1 GW entwickelt, aber der Großteil der eingesetzten Photovoltaik befindet sich in kleinen Aufdachanlagen von weniger als 5 kW, die per Net Metering oder Einspeisevergütung ans Netz angeschlossen werden.

Photovoltaik

50.000
100.000
150.000
200.000
2006
2010
2014
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     Europa
     Asien-Pazifik
     Amerika
     China
     Naher Osten und Afrika

Weltweites Wachstum der PV-Leistung nach Regionen in MW (2006–2014)

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich die Photovoltaik (PV), auch bekannt als Solar-PV, von einem reinen Nischenmarkt für kleine Anwendungen zu einer Mainstream-Stromquelle entwickelt. Eine Solarzelle ist ein Gerät, das Licht mithilfe des photoelektrischen Effekts direkt in Strom umwandelt. Die erste Solarzelle wurde in den 1880er Jahren von Charles Fritts konstruiert . 1931 entwickelte ein deutscher Ingenieur, Dr. Bruno Lange, eine Fotozelle mit Silberselenid anstelle von Kupferoxid . Obwohl die Selenzellen- Prototypen weniger als 1% des einfallenden Lichts in Elektrizität umwandelten, erkannten sowohl Ernst Werner von Siemens als auch James Clerk Maxwell die Bedeutung dieser Entdeckung. Nach den Arbeiten von Russell Ohl in den 1940er Jahren entwickelten die Forscher Gerald Pearson, Calvin Fuller und Daryl Chapin 1954 die kristalline Siliziumsolarzelle . Diese frühen Solarzellen kosteten 286 US-Dollar/Watt und erreichten Wirkungsgrade von 4,5–6%. 2012 überstiegen die verfügbaren Wirkungsgrade 20 % und der maximale Wirkungsgrad der Forschungsphotovoltaik lag bei über 40 %.

Konzentrierte solarenergie

Concentrating Solar Power (CSP)-Systeme verwenden Linsen oder Spiegel und Nachführsysteme, um einen großen Bereich des Sonnenlichts in einen kleinen Strahl zu fokussieren. Die konzentrierte Wärme wird dann als Wärmequelle für ein konventionelles Kraftwerk genutzt. Es existiert ein breites Spektrum an Konzentrationstechnologien; am weitesten entwickelt sind die Parabolrinne, der konzentrierende lineare Fresnel-Reflektor, die Stirling-Schüssel und der Solarturm. Es werden verschiedene Techniken verwendet, um die Sonne zu verfolgen und das Licht zu fokussieren. Bei all diesen Systemen wird ein Arbeitsmedium durch das konzentrierte Sonnenlicht erhitzt und dann zur Stromerzeugung oder Energiespeicherung verwendet. Konstruktionen müssen das Risiko eines Staubsturms , Hagels oder anderer extremer Wetterereignisse berücksichtigen , die die feinen Glasoberflächen von Solarkraftwerken beschädigen können. Metallgitter würden einen hohen Prozentsatz des Sonnenlichts in die Spiegel und Sonnenkollektoren eindringen lassen und gleichzeitig die meisten Schäden verhindern.

Architektur und Stadtplanung

Die Technische Universität Darmstadt , Deutschland, gewann den Solar Decathlon 2007 in Washington, DC mit diesem Passivhaus, das für feuchtes und heißes subtropisches Klima entwickelt wurde.

Sonnenlicht beeinflusst die Baugestaltung seit Beginn der Architekturgeschichte. Fortgeschrittene Solararchitektur und städtebauliche Methoden wurden zuerst von den Griechen und Chinesen angewendet , die ihre Gebäude nach Süden ausrichteten, um Licht und Wärme zu spenden.

Die gemeinsamen Merkmale der passiven Solararchitektur sind Ausrichtung relativ zur Sonne, kompaktes Verhältnis (ein geringes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen), selektive Verschattung (Überhänge) und thermische Masse . Wenn diese Funktionen auf das lokale Klima und die Umgebung abgestimmt sind, können sie gut beleuchtete Räume erzeugen, die in einem angenehmen Temperaturbereich bleiben. Das Megaron House von Sokrates ist ein klassisches Beispiel für passives Solardesign. Die neuesten Ansätze zum Solardesign verwenden Computermodellierung, die solare Beleuchtungs- , Heizungs- und Lüftungssysteme in einem integrierten Solardesign- Paket zusammenführt. Aktive Solaranlagen wie Pumpen, Lüfter und schaltbare Fenster können das passive Design ergänzen und die Systemleistung verbessern.

Urbane Wärmeinseln (UHI) sind Ballungsräume mit höheren Temperaturen als die Umgebung. Die höheren Temperaturen resultieren aus der verstärkten Absorption von Sonnenenergie durch städtische Materialien wie Asphalt und Beton, die eine geringere Albedo und höhere Wärmekapazitäten aufweisen als diejenigen in der natürlichen Umgebung. Eine einfache Methode, dem UHI-Effekt entgegenzuwirken, besteht darin, Gebäude und Straßen weiß zu streichen und Bäume in der Umgebung zu pflanzen. Mit diesen Methoden hat ein hypothetisches „Cool Communities“-Programm in Los Angeles prognostiziert, dass die städtischen Temperaturen um etwa 3 °C mit geschätzten Kosten von 1 Mrd Kosten und Einsparungen im Gesundheitswesen.

Landwirtschaft und Gartenbau

Gewächshäuser wie diese in der niederländischen Gemeinde Westland bauen Gemüse, Obst und Blumen an.

Landwirtschaft und Gartenbau versuchen, die Gewinnung von Sonnenenergie zu optimieren, um die Produktivität der Pflanzen zu optimieren. Techniken wie zeitgesteuerte Pflanzzyklen, maßgeschneiderte Reihenausrichtung, gestaffelte Höhen zwischen den Reihen und das Mischen von Pflanzensorten können die Ernteerträge verbessern. Während Sonnenlicht im Allgemeinen als eine reichlich vorhandene Ressource angesehen wird, unterstreichen die Ausnahmen die Bedeutung der Solarenergie für die Landwirtschaft. Während der kurzen Vegetationsperioden der Kleinen Eiszeit verwendeten französische und englische Bauern Obstwände, um die Sammlung von Sonnenenergie zu maximieren. Diese Wände fungierten als thermische Massen und beschleunigten die Reifung, indem sie die Pflanzen warm hielten. Frühe Obstmauern wurden senkrecht zum Boden gebaut und nach Süden ausgerichtet, aber im Laufe der Zeit wurden schräge Mauern entwickelt, um das Sonnenlicht besser zu nutzen. 1699 schlug Nicolas Fatio de Duillier sogar vor, einen Nachführmechanismus zu verwenden, der sich drehen konnte, um der Sonne zu folgen. Zu den Anwendungen der Solarenergie in der Landwirtschaft neben dem Anbau von Pflanzen zählen das Pumpen von Wasser, das Trocknen von Pflanzen, das Brüten von Küken und das Trocknen von Hühnermist. In jüngerer Zeit wurde die Technologie von Winzern angenommen , die die von Sonnenkollektoren erzeugte Energie nutzen, um Traubenpressen anzutreiben.

Gewächshäuser wandeln Sonnenlicht in Wärme um und ermöglichen so die ganzjährige Produktion und das Wachstum (in geschlossenen Umgebungen) von Sonderkulturen und anderen Pflanzen, die von Natur aus nicht für das lokale Klima geeignet sind. Primitive Gewächshäuser wurden erstmals während der Römerzeit verwendet, um das ganze Jahr über Gurken für den römischen Kaiser Tiberius zu produzieren . Die ersten modernen Gewächshäuser wurden im 16. Jahrhundert in Europa gebaut, um exotische Pflanzen aufzubewahren, die von den Erkundungen im Ausland mitgebracht wurden. Gewächshäuser sind auch heute noch ein wichtiger Bestandteil des Gartenbaus. Mit ähnlichem Effekt wurden auch transparente Kunststoffmaterialien in Folientunneln und Reihenabdeckungen verwendet .

Transport

Solarelektrische Flugzeuge umrunden 2015 die Welt

Die Entwicklung eines solarbetriebenen Autos ist seit den 1980er Jahren ein technisches Ziel. Die World Solar Challenge ist ein halbjährliches solarbetriebenes Autorennen, bei dem Teams von Universitäten und Unternehmen über 3.021 Kilometer (1.877 Meilen) durch Zentralaustralien von Darwin bis Adelaide gegeneinander antreten . 1987, als es gegründet wurde, betrug die Durchschnittsgeschwindigkeit des Gewinners 67 Stundenkilometer (42 mph) und bis 2007 hatte sich die Durchschnittsgeschwindigkeit des Gewinners auf 90,87 Stundenkilometer (56,46 mph) verbessert. Die North American Solar Challenge und die geplante South African Solar Challenge sind vergleichbare Wettbewerbe, die ein internationales Interesse an der Konstruktion und Entwicklung von solarbetriebenen Fahrzeugen widerspiegeln.

Einige Fahrzeuge verwenden Sonnenkollektoren als Hilfsenergie, beispielsweise für die Klimaanlage, um den Innenraum kühl zu halten und so den Kraftstoffverbrauch zu senken.

1975 wurde in England das erste praktische Solarboot gebaut. Bis 1995 tauchten Passagierboote mit PV-Modulen auf und werden heute ausgiebig genutzt. 1996 machte Kenichi Horie die erste solarbetriebene Überquerung des Pazifischen Ozeans und der Katamaran Sun21 machte im Winter 2006-2007 die erste solarbetriebene Überquerung des Atlantiks. Für 2010 war eine Weltumrundung geplant.

1974 machte das unbemannte Flugzeug AstroFlight Sunrise den ersten Sonnenflug. Am 29. April 1979 machte der Solar Riser den ersten Flug in einer solarbetriebenen, vollständig gesteuerten, manntragenden Flugmaschine und erreichte eine Höhe von 40 ft (12 m). 1980 unternahm der Gossamer Pinguin die ersten ausschließlich mit Photovoltaik betriebenen pilotierten Flüge. Bald darauf folgte die Solar Challenger, die im Juli 1981 den Ärmelkanal überquerte. 1990 flog Eric Scott Raymond in 21 Hops mit Sonnenenergie von Kalifornien nach North Carolina. Die Entwicklung wandte sich dann mit dem Pathfinder (1997) und nachfolgenden Konstruktionen wieder unbemannten Luftfahrzeugen (UAV) zu , die im Helios gipfelten, der 2001 mit 29.524 Metern (96.864 ft) den Höhenrekord für ein nicht raketenangetriebenes Flugzeug aufstellte. Die Zephyr , entwickelt von BAE Systems , ist das neueste in einer Reihe von rekordbrechenden Solarflugzeugen, die 2007 einen 54-Stunden-Flug absolvierten, und bis 2010 waren monatelange Flüge vorgesehen. Ab 2016 ist Solar Impulse , ein Elektroflugzeug , umrunden derzeit den Globus. Es ist ein einsitziges Flugzeug, das mit Solarzellen betrieben wird und aus eigener Kraft starten kann. Das Design ermöglicht es dem Flugzeug, mehrere Tage in der Luft zu bleiben.

Ein Solarballon ist ein schwarzer Ballon, der mit gewöhnlicher Luft gefüllt ist. Wenn Sonnenlicht auf den Ballon scheint, erwärmt sich die Luft im Inneren und dehnt sich aus, wodurch eine Auftriebskraft nach oben entsteht , ähnlich wie bei einem künstlich beheizten Heißluftballon . Einige Solarballons sind groß genug für den menschlichen Flug, aber die Verwendung ist im Allgemeinen auf den Spielzeugmarkt beschränkt, da das Verhältnis von Oberfläche zu Nutzlast und Gewicht relativ hoch ist.

Kraftstoffproduktion

Konzentrierte Sonnenkollektoren erhalten einen Leistungsschub. Das Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) wird ein neues konzentriertes Solarstromsystem testen – eines, das Erdgaskraftwerken helfen kann, ihren Brennstoffverbrauch um bis zu 20 Prozent zu reduzieren.

Solarchemische Prozesse nutzen Sonnenenergie, um chemische Reaktionen anzutreiben. Diese Prozesse kompensieren Energie, die sonst aus einer fossilen Energiequelle stammen würde, und können auch Sonnenenergie in speicherbare und transportable Brennstoffe umwandeln. Sonneninduzierte chemische Reaktionen können in thermochemische oder photochemische Reaktionen unterteilt werden . Durch künstliche Photosynthese können verschiedene Brennstoffe hergestellt werden . Die katalytische Chemie mit mehreren Elektronen, die bei der Herstellung von kohlenstoffbasierten Kraftstoffen (wie Methanol ) durch Reduktion von Kohlendioxid beteiligt ist , ist eine Herausforderung; eine mögliche Alternative ist die Wasserstofferzeugung aus Protonen, obwohl die Verwendung von Wasser als Elektronenquelle (wie es Pflanzen tun) erfordert, die Mehrelektronenoxidation zweier Wassermoleküle zu molekularem Sauerstoff zu beherrschen. Einige haben geplant, bis 2050 Solarkraftwerke in küstennahen Ballungsräumen zu betreiben – die Aufspaltung von Meerwasser, das Wasserstoff liefert, um durch benachbarte Brennstoffzellen-Elektrokraftwerke geleitet zu werden und das reine Wassernebenprodukt direkt in das städtische Wassersystem zu leiten. Eine andere Vision beinhaltet, dass alle menschlichen Strukturen, die die Erdoberfläche bedecken (dh Straßen, Fahrzeuge und Gebäude), die Photosynthese effizienter betreiben als Pflanzen.

Technologien zur Wasserstofferzeugung sind seit den 1970er Jahren ein bedeutender Bereich der solarchemischen Forschung. Neben der Elektrolyse, die durch photovoltaische oder photochemische Zellen angetrieben wird, wurden auch mehrere thermochemische Prozesse erforscht. Eine solche Route verwendet Konzentratoren, um Wasser bei hohen Temperaturen (2.300–2.600 °C oder 4.200–4.700 °F) in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten. Ein anderer Ansatz nutzt die Wärme von Solarkonzentratoren, um die Dampfreformierung von Erdgas voranzutreiben und so die Gesamtausbeute an Wasserstoff im Vergleich zu herkömmlichen Reformierungsverfahren zu erhöhen. Thermochemische Zyklen, die durch die Zersetzung und Regeneration von Reaktanten gekennzeichnet sind, bieten einen weiteren Weg zur Wasserstofferzeugung. Das am Weizmann Institute of Science in Entwicklung befindliche Solzinc-Verfahren nutzt einen 1-MW-Solarofen zur Zersetzung von Zinkoxid (ZnO) bei Temperaturen über 1.200 °C (2.200 °F). Bei dieser ersten Reaktion entsteht reines Zink, das anschließend mit Wasser zu Wasserstoff umgesetzt werden kann.

Energiespeichermethoden

Thermische Energiespeicherung . Die CSP-Anlage von Andasol verwendet Tanks mit flüssigem Salz, um Sonnenenergie zu speichern.

Thermische Massensysteme können Sonnenenergie in Form von Wärme bei haushaltsüblichen Temperaturen für Tages- oder Zwischensaisonzeiten speichern . Bei thermischen Speichern werden in der Regel leicht verfügbare Materialien mit hoher spezifischer Wärmekapazität wie Wasser, Erde und Stein verwendet. Gut konzipierte Systeme können den Spitzenbedarf senken , die Nutzungszeit in Zeiten außerhalb der Spitzenzeiten verlagern und den Gesamtheiz- und Kühlbedarf reduzieren.

Phasenwechselmaterialien wie Paraffinwachs und Glaubersalz sind ein weiteres Wärmespeichermedium. Diese Materialien sind kostengünstig, leicht verfügbar und können im Haushalt brauchbare Temperaturen (ca. 64 °C oder 147 °F) liefern. Das "Dover House" (in Dover, Massachusetts ) war das erste, das 1948 eine Glaubersalz-Heizung einsetzte. Sonnenenergie kann auch mit geschmolzenen Salzen bei hohen Temperaturen gespeichert werden . Salze sind ein wirksames Speichermedium, da sie kostengünstig sind, eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweisen und Wärme bei Temperaturen liefern können, die mit konventionellen Energiesystemen kompatibel sind. Das Projekt Solar Two nutzte diese Methode der Energiespeicherung und ermöglichte es, 1,44 Terajoule (400.000 kWh) in seinem 68 m³-Speicher mit einer jährlichen Speichereffizienz von etwa 99% zu speichern .

In netzfernen PV-Anlagen werden traditionell wiederaufladbare Batterien verwendet , um überschüssigen Strom zu speichern. Bei netzgekoppelten Systemen kann überschüssiger Strom in das Übertragungsnetz eingespeist werden , während zur Deckung von Fehlmengen Standardstrom verwendet werden kann. Net-Metering- Programme geben Haushaltssystemen Guthaben für den Strom, den sie ins Netz einspeisen. Dies wird durch ein Zurücksetzen des Zählers gehandhabt, wenn das Haus mehr Strom produziert als es verbraucht. Liegt der Nettostromverbrauch unter Null, überträgt der Versorger das Kilowattstunden-Guthaben auf den nächsten Monat. Andere Ansätze beinhalten die Verwendung von zwei Zählern, um den verbrauchten Strom im Vergleich zum produzierten Strom zu messen. Dies ist aufgrund der erhöhten Installationskosten des zweiten Zählers weniger üblich. Die meisten Standardmessgeräte messen in beide Richtungen genau, sodass ein zweites Messgerät überflüssig ist.

Pumpspeicherkraftwerke speichern Energie in Form von Wasser, das gepumpt wird, wenn Energie von einem tiefer gelegenen Reservoir zu einem höher gelegenen Reservoir verfügbar ist. Bei hohem Bedarf wird die Energie zurückgewonnen, indem das Wasser freigesetzt wird, wobei die Pumpe zum Wasserkraftgenerator wird.

Entwicklung, Einsatz und Wirtschaftlichkeit

Teilnehmer eines Workshops zur nachhaltigen Entwicklung inspizieren Sonnenkollektoren am Monterrey Institute of Technology and Higher Education, Mexiko-Stadt, auf einem Gebäude auf dem Campus.

Beginnend mit dem Anstieg des Kohleverbrauchs , der die industrielle Revolution begleitete , hat sich der Energieverbrauch stetig von Holz und Biomasse auf fossile Brennstoffe umgestellt . Die frühe Entwicklung der Solartechnologien ab den 1860er Jahren wurde von der Erwartung getrieben, dass Kohle bald knapp werden würde. Die Entwicklung der Solartechnologien stagnierte jedoch zu Beginn des 20. Jahrhunderts angesichts der zunehmenden Verfügbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Nützlichkeit von Kohle und Erdöl .

Das Ölembargo von 1973 und die Energiekrise von 1979 führten zu einer Neuordnung der Energiepolitik auf der ganzen Welt. Es brachte neue Aufmerksamkeit auf die Entwicklung von Solartechnologien. Die Einsatzstrategien konzentrierten sich auf Anreizprogramme wie das Federal Photovoltaic Utilization Program in den USA und das Sunshine Program in Japan. Weitere Bemühungen umfassten den Aufbau von Forschungseinrichtungen in den USA (SERI, jetzt NREL ), Japan ( NEDO ) und Deutschland ( Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ).

Kommerzielle Solarwarmwasserbereiter begannen in den 1890er Jahren in den Vereinigten Staaten auf den Markt zu kommen. Diese Systeme wurden bis in die 1920er Jahre immer häufiger eingesetzt, wurden aber nach und nach durch billigere und zuverlässigere Brennstoffe ersetzt. Ähnlich wie die Photovoltaik erregte die solare Warmwasserbereitung durch die Ölkrisen in den 1970er Jahren erneut Aufmerksamkeit, doch in den 1980er Jahren ließ das Interesse aufgrund sinkender Erdölpreise nach. Die Entwicklung im Bereich der solaren Warmwasserbereitung schritt in den 1990er Jahren stetig voran, und die jährlichen Wachstumsraten betragen seit 1999 durchschnittlich 20 %. Obwohl allgemein unterschätzt, ist die solare Warmwasserbereitung und -kühlung mit einer geschätzten Kapazität von 154 GW die bei weitem am weitesten verbreitete Solartechnologie von 2007.

Die Internationale Energieagentur hat erklärt, dass Solarenergie einen erheblichen Beitrag zur Lösung einiger der dringendsten Probleme leisten kann, mit denen die Welt derzeit konfrontiert ist:

Die Entwicklung erschwinglicher, unerschöpflicher und sauberer Solarenergietechnologien wird langfristig enorme Vorteile haben. Es wird die Energiesicherheit der Länder durch die Abhängigkeit von einer einheimischen, unerschöpflichen und größtenteils importunabhängigen Ressource erhöhen, die Nachhaltigkeit verbessern, die Umweltverschmutzung reduzieren, die Kosten für die Eindämmung des Klimawandels senken und die Preise für fossile Brennstoffe niedriger als sonst halten. Diese Vorteile sind global. Daher sollten die zusätzlichen Kosten der Anreize für einen frühzeitigen Einsatz als Lerninvestitionen betrachtet werden; sie müssen mit Bedacht ausgegeben und weit verbreitet werden.

Im Jahr 2011 stellte ein Bericht der Internationalen Energieagentur fest, dass Solarenergietechnologien wie Photovoltaik, Solarwarmwasser und konzentrierte Solarenergie bis 2060 ein Drittel der Weltenergie liefern könnten, wenn sich die Politiker dazu verpflichten, den Klimawandel zu begrenzen und auf erneuerbare Energien umzustellen . Die Energie der Sonne könnte neben der Verbesserung der Energieeffizienz und der Belastung der Treibhausgasemittenten eine Schlüsselrolle bei der Dekarbonisierung der Weltwirtschaft spielen . "Die Stärke der Solarenergie liegt in der unglaublichen Vielfalt und Flexibilität der Anwendungen, vom kleinen bis zum großen Maßstab."

Wir haben bewiesen ... dass die Menschheit, nachdem unsere Öl- und Kohlevorräte erschöpft sind, unbegrenzte Energie aus den Sonnenstrahlen erhalten kann.

—  Frank Shuman , The New York Times , 2. Juli 1916.

Verwendung nach Region

Solarenergie ist aufgrund der geografischen Lage oder aufgrund der Bereitstellung und Infrastruktur nicht in allen Regionen verfügbar. Während beispielsweise die Europäische Union 2019 mehr als 130 GW installiert hat, waren es in China mehr als 200 GW und in den USA mehr als 100 GW. Die Desertec Foundation hat geschätzt, dass eine Fläche von etwa 300 x 300 Meilen in der Sahara ausreichen würde, um den gesamten Strom zu produzieren, den die Welt verbraucht (basierend auf dem Niveau von 2005). Zusammenfassungen der Nutzung und Produktion von Solarenergie finden Sie auf diesen Seiten:

Afrika und Naher Osten: Israel , Marokko , Saudi-Arabien , Südafrika , Jemen

Europa : Österreich, Belgien, Bulgarien, Tschechien, Dänemark, Frankreich, Deutschland, Griechenland, Zypern, Italien, Litauen, Niederlande, Polen, Portugal, Rumänien, Spanien, Schweiz, Türkei, Ukraine, Vereinigtes Königreich

Amerika : Kanada , USA , Brasilien , Chile , Mexiko

Asien : Burma (Myanmar), China , Indien , Japan , Pakistan , Thailand

Australien und Neuseeland

ISO-Normen

Die Internationale Organisation für Normung hat mehrere Normen für Solarenergieanlagen aufgestellt. Zum Beispiel bezieht sich ISO 9050 auf Glas im Gebäude, während sich ISO 10217 auf die Materialien bezieht, die in Solarwarmwasserbereitern verwendet werden.

Siehe auch

Verweise

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