Informationen von Doris Meyer, MdB, Dezember 2003

Erneuerbare Energien

1. Biomasse

Bei Biomasse-Primärprodukten wird solare Strahlung mit Hilfe von Pflanzen über den Prozess der Photosynthese in organische Materie umgewandelt.

• Biomasse = gespeicherte Sonnenenergie

1.1 Herstellung:

Im einfachsten Fall wird beispielsweise lignocellulosehaltige Biomasse wie Holz im Anschluss an eine einfache mechanische Aufbereitung ( z.B. Zerkleinerung zu Hackschnitzeln, Verdichtung zu Holzpellets) direkt in einer Feuerungsanlage verbrannt. Die Verbrennung stellt dabei das „klassische Verfahren zur Nutzung fester Stoffe organischer Herkunft dar, wenn es um die Wärme- bzw. Stromnachfrage geht

1.2 Veredelung:

Herstellung von gasförmigen oder flüssigen Sekundärenergieträgern zur Umwandlung in End- bzw. Nutzenergie

1.2.1 Thermochemische Umwandlung (Umwandlung der organischen Stoffe mittels Wärme in feste, flüssige oder gasförmige Energieträger

1. Verkohlung

Veredelung mit dem Ziel einer möglichst hohen Ausbeute an Festbrennstoff definierter Qualität

(Holzkohle). Zersetzung der organischen Masse unter Einwirkung von Wärme, wobei die erforderliche Prozesswärme durch Teilverbrennung des Rohstoffs bereitgestellt wird. Gewonnener Energieträger kann zur Wärme- und Strombereitstellung eingesetzt werden.

Verkohlung ist auf Nischenmärkte (stoffliche Nutzung) beschränkt wegen des geringen Wirkungsgrades von rund einem Drittel bis zwei Fünftel bezogen auf den Heizwert der eingesetzten biogenen Brennstoffe.

2. Verflüssigung (Pyrolyse)

Organische Stoffe werden unter dem Einfluss von Wärme und ggf. weiteren Stoffen durch einen pyrolytischen Abbau (thermische Zersetzung) mit dem Ziel einer möglichst hohen Ausbeute an flüssigen Komponenten veredelt. Gasförmige und feste Stoffe, die zusätzlich entstehen, werden teilweise zur Energiebereitstellung für den Pyrolyseprozess genutzt.

Produzierte flüssige Energieträger können anschließend – nach einer entsprechenden Reinigung – als Brennstoff in geeigneten Feuerungsanlagen oder als Treibstoff in Motoren zur Kraft- und Wärmeerzeugung oder zur gekoppelten, universell eingesetzt werden.

Nachteile: noch ungelöste technische Probleme (Technologie teilweise noch im Entwicklungsstadium), hohe Kosten.

3. Vergasung (Umwandlung in einen gasförmigen Energieträger mittels Wärme)

• Brenngas

Erhitzung der Biomasse, Zuführung eines sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels (z.B. Luft), Aufspaltung der organischen Stoffe in brennbare Verbindungen, zurückbleibender Kohlenstoff wird zu Kohlenstoffmonoxid teilverbrannt. Erforderliche Prozesswärme wird durch Teilverbrennung der Biomasse bereitgestellt.

Produziertes niederkalorisches Brenngas kann in Brennern zur Wärmebereitstellung und in Gasmotoren oder –turbinen zur Stromerzeugung eingesetzt werden.

Vorteile: hoher Wirkungsgrad bezogen auf die bereitgestellte Energie, geringe Emissionen,

Nachteile: bisher Probleme mit Gasreinigung (hoher technischer Aufwand, hohe Kosten).

1.2.2 Physikalisch-chemische Umwandlung (Energetische Nutzung von Ölen und Fetten in manchen Energieträgern)

1. Pressen

Einfaches, mechanisches Pressen der ölhaltigen Pflanzenkomponenten, um die flüssige von der festen Ölphase (Presskuchen > Tierfutter) zu trennen. Verfahrenstechnik klein- und großtechnisch verfügbar.

Öl kann noch als Motorentreibstoff oder stationär in einem Blockheizkraftwerk eingesetzt werden.

Nachteil: Nur wenige Hersteller für pflanzenöltaugliche Motoren, niedrigere Motoreninstandzeiten mit Pflanzenöl.

2. Extraktion (alternativ oder additiv zur Pressung)

Entziehung des Öls mit Hilfe eines Lösungsmittels (z.B. Hexan). Extraktionsrückstand und Lösungsmittel werden anschließend durch eine Destillation getrennt. Öl, Extraktionsschrot und Lösungsmittel sind danach in Reinform vorhanden > energetische Nutzung des Öls, Schrot wird zu Futtermittel. Ebenfalls großtechnischer Einsatz dieser Technik.

3. Umesterung

Da der Einsatz von Pflanzenöl in Motoren Probleme bereiten kann, wird Öl häufig in Pflanzenölmethylester (PME) umgewandelt.

Nachteil: hohe Kosten.

1.2.3 Biochemische Umwandlung (mit Hilfe von Mikroorganismen)

1. Anaerober Abbau (unter Sauerstoffabschluss)

Durch Bakterienaktivität wird ein wasserdampfgesättigtes Mischgas (Biogas) gebildet, das zu 55 bis 70 Prozent aus Methan besteht. Einsatz zur Wärme-, Kraft- und Strombereitstellung in Gasbrennern und Motoren, ebenfalls großtechnisch.

Vorteile: Geruchsreduktion, Hygienisierung

2. Aerober Abbau (unter Sauerstoffzufuhr)

Oxidierung/Kompostierung der Biomasse mit Hilfe von Luftsauerstoff und Bakterien unter Wärmefreisetzung. Freiwerdende Wärme wird mit Wärmepumpen gewonnen und in Form von Niedertemperaturwärme verfügbar gemacht.

Nachteile: praktisch keine Bedeutung, da eingeschränkt verfügbare Systemtechnik, fehlende Nachfrage nach Niedertemperaturwärme.

3. Alkoholgärung

Produktion von Alkohol aus zucker-, stärke- oder zellulosehaltigen organischen Stoffen mit Hilfe von Hefen und Bakterien. Umwandlung in Reinform durch anschließende Destillation und Rektifikation (Gegenstromdestillation). Bei zellulosehaltigen Ausgangsmaterialien vorerst Verzuckerung notwendig. Verfahrenstechnik in allen Größen verfügbar.

Ethanol (Endprodukt) einsetzbar als Brennstoff in Motoren und Verbrennungsanlagen zur Bereitstellung von Strom, Wärme und Kraft.

Nachteil: Hohe Kosten, keine Reinalkoholmotoren.

2.Windkraft

2.1 Funktionsweise

Wenige Prozent der Sonneneinstrahlung werden über die breitenmäßig sehr unterschiedliche Erwärmung der Erde, über aufsteigende, warme Luft und Kondensationswärme bei der Wolkenbildung in Windenergie umgewandelt. Dafür ist eine mittlere Windgeschwindigkeit von 4,5 m/s in der meteorologischen Messhöhe von 10 m erforderlich, wobei Jahresmittelwert und Windhäufigkeit ebenso eine Rolle spielen.

2.1.1 Energieumwandlung

Die kinetische Energie des Windes wird mittels Windflügelrädern partiell in nützliche mechanische Rotationsenergie umgewandelt. Im Idealfall kann kinetische Energie des Windes zu knapp 60% in mechanische Rotationsenergie, und diese dann über einen Generator praktisch vollständig in elektrische Energie umgewandelt werden. In der Praxis werden zumeist Umwandlungs-Wirkungsgrade von 40 bis 50 % erreicht.

2.1.2 Windleistung

Die angebotene Windleistung pro senkrecht durchströmter Fläche ist proportional der 3. Potenz der Windgeschwindigkeit (Anlage 3). Von dieser angebotenen Windleistung kann also bis knapp zur Hälfte zu nutzbarer Energie umgewandelt werden, dies ab Windgeschwindigkeiten von mindestens 4m/s bis maximal 20 m/s.

2.2 Technik

Heute typische Windkraft-Anlagen sind meist 2- oder 3-Flügler im Generator-Leistungsbereich von etwa 10 kW bis 2,5 MW Spitzenleistung. Vereinzelt gibt es auch Anlagen mit nur einem Flügel und Gegengewicht daneben Vertikalachsenmaschinen, die attraktive Vorteile (Unabhängigkeit von der Windrichtung) haben können. Windkraftanlagen bestehen aus Turm, Turmkopf mit Rotorblättern, Nabe, Getriebe, Generator und den Einrichtungen zur Regelung und Betriebsführung.

2.2.1 Rotoren-Prinzip

Am Rotorblatt einer Windkraftanlage herrschen ähnliche Verhältnisse wie an der Tagfläche eines Fugzeuges. Unterschieden werden Darrieur- und Savonius-Rotoren, die ihre Drehlager am Boden haben und die getriebelose Vertikalachsen-Maschine, der H-Rotor. Bei kleinen positiven Anstellwinkeln ergibt sich neben der Widerstandskraft eine Auftriebskraft, die dafür sorgt dass das Flugzeug fliegt. Dieselbe Kraft hat beim Rotor einer WKA ein nutzbares Drehmoment zur Folge, welches über Getriebe und Generator in elektrischen Strom umgewandelt wird.

2.2.2 Drehzahlbegrenzung

Stromerzeugende WKA müssen in ihrer Drehzahl und ihrer Leistung geregelt werden. Dies geschieht durch elektrische, aerodynamische und mechanische Regelungssysteme. Besondere Bedeutung hat die Drehzahlbegrenzung des Rotors bei voller Last, die (passiv) durch Abriss der Strömung an den Blattspitzen (Stall-Regelung) oder (aktiv) durch Verstellen des Blattwinkels (Pitch-Regelung) erfolgen kann.

2.2.3 Neue Konzepte

Neue Anlagenkonzepte gehen zum Teil vom Prinzip der geregelten Drehzahl ab und arbeiten mit variabler Drehzahl. Der Rotor kann so auf den Wind reagieren und diesen besser ausnutzen, gleichzeitig sind diese Anlagen unempfindlicher gegen Lastschwankungen in Böen. Der durch einen Synchrongenerator erzeugte, frequenzvariable Wechselstrom wird bei diesen Geräten gleichgerichtet und über einen netzgeführten Wechselrichter in das Netz eingespeist.

2.2.4 Beispielprodukt

Beispiel AN BONUS 2MW/76: Die Konstruktion dieser Windenergieanlage folgt dem klassisch-dänischen Konzept: Dreiblattrotoren kommen mit konstanter Drehzahl zum Einsatz, die Leistung wird in erster Linie durch den Strömungsabriss am Rotorblatt (engl.: stall) begrenzt. Die Anlagen arbeiten im Netzparallelbetrieb und sind mit einem ausfallsicheren Bremssystem mit hydraulischen Bremsen ausgerüstet. Dies führt zu einem niedrigen Schalleistungspegel, einer optimalen Leistungskennlinie, einer sehr guten Netzverträglichkeit und einer langen Lebensdauer.

3. Geothermie

3.1 Grundlagen

Geothermie ist die unterhalb der festen Oberfläche der Erde gespeicherte Wärmeenergie, man nennt sie daher auch Erdwärme > Unser Planet ist Energie!

Je tiefer man in das Innere der Erde vordringt, umso wärmer wird es. In Mitteleuropa nimmt die Temperatur um etwa 3° C pro 100 Meter Tiefe zu, man geht sogar davon aus, dass im Erdinneren Temperaturen von 5000 - 6000 °C erreicht werden. Der Unterschied zu anderen Energieträgern: > Diese Energie ist unerschöpflich!

Aus dem Erdinneren steigt unaufhörlich ein Energiestrom bis an die Oberfläche, um sich schließlich im Weltall zu verlieren, etwa viermal soviel Energie wie wir Menschen derzeit verbrauchen. 30% davon kommen aus dem Erdkern selbst, 70% entstehen durch den Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente in Erdmantel und Erdkruste.

3.2 Technik

3.2.1 Vulkanische Regionen

In vulkanischen Regionen nutzt man Dampf- und Heißwasser-Lagerstätten.

3.2.2 Hydrothermale Geothermie

Wasserführende Schichten (Aquifere) gibt es in vielen Bereichen der Erdkruste. Sie werden in heiße (über 100°C), warme (40-100°C) oder solche mit Niedrigtemperaturwasser (25-40°C) eingeteilt. Wasser mit Temperatur ab 20°C gilt als Thermalwasser. Anlagen, die das Energieangebot dieser Schichten nutzen, zählt man zur hydrothermalen Geothermie. Aquifere lassen sich ab 100°C auch zur Stromerzeugung nutzen. In Deutschland findet man Gebiete, die sich für hydrothermale Geothermie eignen u.a. in der Norddeutschen Tiefebene, im Oberrheintal und zwischen Donau und Alpen.

3.2.3 Hot-Dry-Rock-Verfahren

Das Hot-Dry-Rock-Verfahren, kurz HDR-Verfahren wird als zukunftsträchtigstes Verfahren zur Gewinnung von Erdwärme angesehen. Es basiert auf der aus der Erdölindustrie stammenden „Frac-Technik“ (Hydraulic Fracturing) und nützt die vorhandene natürliche Erdwärme. Über eine Bohrung in mehr als 4000 Meter Tiefe wird Wasser unter hohem Druck in große Tiefen gepumpt. Dort verteilt es sich in Klüfte, bricht großflächige Verbindungen und erhitzt sich auf Temperaturen von bis zu 200°C.

Über eine zweite Bohrung tritt es als heißer Dampf unter hohem Druck wieder aus. Dieser Dampf wird dann entweder zur Stromerzeugung oder als Fernwärme genutzt. Die heißen Gesteinsschichten wirken so als riesige Wärmetauscher

Das HDR-Verfahren ist von Wasser- und Dampf-Vorkommen unabhängig und lässt sich praktisch an jedem Ort anwenden. Die erste HDR-Versuchsanlage mit einer Leistung von 5 MW wurde in den 70er Jahren in Los Alamos in den USA errichtet.

3.2.4 Erdgekoppelte Wärmepumpe

Funktionsweise einer solchen oberflächennahen Anlage: Im ersten Kreislauf zirkuliert ein Arbeitsmittel (z.B. Wasser) durch die als Wärmetauscher fungierenden Erdwärmesonden und den Verdampfer der Wärmepumpe. Das Wasser entzieht dem Untergrund thermische Energie und erwärmt sich dadurch auf etwa 8 bis 10°C.Über den Verdampfer gibt das Wasser Energie an ein in der Wärmepumpe zirkulierendes Arbeitsmittel mit einem niedrigen Siedepunkt ab. Dadurch wird das Arbeitsmittel erwärmt und in einen gasförmigen Zustand überführt (verdampft). Das warme Gas wird in einem zweiten Durchlauf mit einem Kompressor verdichtet und erhitzt sich dadurch. Das heiße Gas (40 bis 70°C) gibt Wärme über einen Wärmetauscher an den dritten Kreislauf (Heizung) ab und kühlt sich dadurch ab. Durch die Abkühlung und Entspannung (Drossel) wird das Arbeitsmittel wieder verflüssigt und kann erneut Wärme aus dem ersten Kreislauf aufnehmen.

Der beschriebene Kreislauf ist umkehrbar, so dass Umweltkälte im Winter für die direkte Kühlung von Gebäuden im Sommer verwendet werden kann.

3.2.5 Geothermie für das Eigenheim

1. Erdwärmesonden

Erdreich-Wärmetauscher, meist U-Rohre, in denen eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert.

Technisch und wirtschaftlich sehr bewährt.

2. Erdregister

Horizontale Rohrsysteme, bis in 3m Tiefe verlegt, die dem Erdreich Wärme entziehen. Funktional praktisch identisch mit Erdwärmesonden, wird kaum mehr verwendet.

4. Wasserkraft

4.1 Kraftwerke

4.1.1 Laufwasserkraftwerke

Laufwasserkraftwerke finden sich an Flüssen, die ein natürliches oder künstliches Gefälle und große Durchflussmengen aufweisen. > je größer Gefälle und Durchfluss, desto größer die erzielte Leistung!

Das strömende Wasser treibt eine Turbine an, welche die Bewegungsenergie aufnimmt und an einen Generator weitergibt. Aufgrund des geringen Gefälles werden in Laufwasserkraftwerken oft Kaplanturbinen eingesetzt. Laufwasserwerke decken einen Teil der Grundlast im Stromnetz, da die Generatoren jederzeit laufen und die Energie nicht gespeichert werden kann.

4.1.2 Speicherkraftwerke

Speicherkraftwerke nutzen Wasser aus einem hochgelegenen natürlichen See oder einer künstlichen Talsperre (Stausee). Die tiefer gelegene Turbine wird über Rohrleitungen mit Wasser versorgt und übersetzt die Wasserkraft in Energie. Speicherkraftwerke werden meist kurzfristig in Betrieb genommen, um auftretende Spitzen im Stromnetz abzudecken, beispielsweise in der Mittagszeit. Aus diesem Grund wird das Wasser in obig genannten Seen solange gespeichert bis es wirklich benötigt wird. Je nach Fallhöhe werden Francisturbinen oder Peltonturbinen eingesetzt.

4.1.3 Pumpspeicherkraftwerke

Pumpspeicherwerke werden eingesetzt, um lange Leistungsspitzen im Stromnetz zu decken. In Schwachlastzeiten wird deswegen Wasser vom Unterbecken (in manchen Fällen auch von einem großen Fluss) in das Oberbecken gepumpt. Für diesen Vorgang wird dem Stromnetz überflüssige Energie entzogen. In der Starklastzeit wird das Wasser schließlich aus dem Ober- in das Unterbecken geleitet. Dabei passiert es wieder die Pumpe, die nun als Generator betrieben wird. Pumpspeicherkraftwerke haben die „Schwarzstartfähigkeit“, d. h. mit ihnen können bei totalem Stromausfall andere Kraftwerke wieder angefahren werden.

4.1.4 Gezeitenkraftwerke

Gezeitenkraftwerke nutzen den Wechsel von Ebbe und Flut. Der Wasserpegel des Meeres ist bedeutend höher als der einer Bucht. Bei Flut wird Wasser in eine durch einen Wall abgetrennte Bucht geleitet. Das Wasser durchströmt dabei Turbinen, die so elektrische Energie erzeugen. Hat sich nun der Wasserspiegel in der Bucht dem Wasserspiegel des Meeres angeglichen, werden die Verbindungen zwischen Meer und Bucht geschlossen, bis bei Ebbe wieder genügend Höhendifferenz vorhanden ist, um die Turbinen effizient zu betreiben. Das Wasser fließt somit aus der Bucht zurück ins Meer und treibt die Turbinen erneut an.

4.1.4 Wellenkraftwerke

Energie aus Wellen kann man entweder mit festen Anlagen an der Küste oder mit schwimmenden Einheiten gewinnen. Wellen werden in einem Sammelbecken gesammelt und können durch Turbinen wieder ablaufen. Ankommende Wellen schlagen über eine Trennmauer, die ein wenig höher ist als der Wasserspiegel. Somit steigt der Wasserstand im abgetrennten Bereich mit jeder Welle etwas, bis die Oberkante der Trennmauer erreicht ist. Nun werden Schieber geöffnet, die dem abgetrennten Wasser den Weg durch Turbinen zum offenen Wasser freigeben. Die Lageenergie (Strömungsenergie) wird hier in elektrische Energie umgewandelt.

4.2 Turbinen

4.2.1 Funktionsweise

Potentielle (angestaute) und kinetische (Strömungs-) Energie wird durch Überwinden eines Höhenunterschieds frei, die von einer Turbine in sekundäre Energie (Bewegungsenergie) umgewandelt wird. Durch einen angekoppelten Dynamo kann diese in elektrische Energie umgewandelt werden.

Turbinen besitzen ein Laufrad, das einer Schiffschraube ähnelt. Die jalousieartigen Lamellen haben die Aufgabe, das Wasser so zu lenken, dass sie parallel zur Turbinenwelle auf die Schaufeln des Laufrades treffen.

4.2.2 Peltonturbine (Hochdruck)

zählt zu den Freistrahlturbinen. Das Peltonrad hat 20 bis 40 Laufschaufeln, die aus zwei Halbschalen mit einer Trommel in der Mitte bestehen. Das Wasser trifft aus einer oder mehreren regelbaren Düsen mit hohem Druck auf die Schneide zwischen den Halbschalen. Da sie enormem Wasserdruck standhalten müssen, bestehen die Schaufeln aus hochwertigem Stahl. Das Wasser besitzt eine so hohe Geschwindigkeit, da die potentielle Energie des Wassers schon in der Leitvorrichtung in kinetische Energie umgewandelt wird. Es können Leistungen bis zu 500 MW erreicht werden.

4.2.3 Kaplanturbine (Niederdruck)

Kaplan-Turbinen werden für große Wassermengen bei geringer Fallhöhe eingesetzt, also meistens bei Laufkraftwerken. Ihr Wirkungsgrad liegt bei 95%, sie können eine Leistung von bis zu 200 MW erreichen.

4.2.4 Francisturbine (Mitteldruck)

Es gibt zwei Ausführungsarten: Francis-Spiralturbine und Francis-Schachtturbine. Sie sind weit verbreitet, da sie universell einsetzbar sind und können Leistungen bis zu 900 MW erreichen. Die Wasserzufuhr erfolgt über ein schneckenförmig gekrümmtes Rohr und wird durch ein festes Laufrad auf die Schaufeln gelenkt.

5. Sonnenenergie

5.1 Grundlagen

Das stromerzeugende Moment einer Photovoltaikanlage ist die Solarzelle, die einfallendes Licht in elektrischen Strom umwandelt: > photovoltaischer Effekt

Ausgangsmaterial für die Solarzelle ist hochreines Silizium in mono-, polykristalliner und amorpher Form, die gezielt verunreinigt (dotiert) werden um den photovoltaischen Effekt zu ermöglichen. Die Reflexschicht soll Reflexionen vermeiden, um möglichst viel der auftreffenden Strahlung nutzbar zu machen. In der Bundesrepublik treffen jährlich etwa 900 bis 1100 kWh Sonnenenergie auf einen Quadratmeter. Im Vergleich dazu sind es in den Mittelmeerländern um die 1700, in der Sahara bis 2200 kWh. Die weltweit eintreffende Energiemenge ist 10.000 mal größer als der Weltenergieverbrauch.

5.2 Nutzungssysteme

5.2.1 Passive Nutzung

Bereits im 5. Jh. V. Chr. entstanden: Solararchitektur. Passive Nutzung der Sonnenenergie für die Wärmeversorgung von Gebäuden. Architektonische Konstruktionselemente: nach Süden weisende Fensterfläche. Schwachpunkte dieses Systems sind die Energiebilanz von Solarhäusern (Energiespar-Niedrighäuser) und die Fensterflächen bei der Wärmedämmung.

In Zukunft kann die transparente Wärmedämmung eine größere Bedeutung erlangen, da sie die Energiestrahlung passieren lässt.

5.2.2 Solarkollektoren

Solarkollektoren auf Häuserdächern sind meist flache Plattenhohlkörper oder Röhrensysteme, in denen Wasser fließt. Um die Aufnahme zu begünstigen, sind sie schwarz gestrichen, oben mit einer oder mehreren Glasplatten versehen und unten mit einer Wärmedämmung. Das im Kollektor erwärmte Wasser fließt über einen Wärmetauscher in einen Warmwasserspeicher. Die Anwendungsschwerpunkte beschränken sich auf den Niedrigtemperaturbereich, und somit auf Brauchwassererwärmung oder Raumheizung. Sonnenkollektor und Wärmepumpe werden oft kombiniert, um höhere Leistungen zu erzielen.

5.2.3 Solarthermische Kraftwerke

Im größeren Ausmaß wird in solarthermischen Anlagen Elektrizität über den klassischen thermodynamischen Kreisprozess erzeugt. Dabei wird eine Flüssigkeit verdampft, die dann eine Turbine, einen Generator oder einen Motor antreibt. Dabei gibt es drei unterschiedliche Systeme:

1. Solarfarm-Konzept

Parabolrinnen-Konzentratoren fokussieren die Solarstrahlung auf eine Brennlinie, in der das Rohr mit dem zu erhitzenden Wärmeträger angeordnet ist. Die Wärmeabgabe vieler solcher Absorberrohre wird zusammengefasst und in den zentralen Dampferzeuger geführt. Sehr rentabel.

2. Solarturm-Konzept

Ein auf der Spitze eines Turmes befindlicher zentraler Empfänger (Reciever) empfängt mittels zahlreicher der Sonne nachgeführter Spiegel (Heliostaten) Solarstrahlung. Der Reciever absorbiert die Strahlung und gibt die Wärme auf hohem Temperaturniveau an ein flüssiges Wärmeträgermedium ab. Viele dieser Anlagen wurden wegen Unwirtschaftlichkeit wieder stillgelegt.

3. Parabolschüssel-Konzept

Es werden parabolische Hohlspiegel verwendet, in deren Brennpunkt der Empfänger aufgehängt wird. Das Licht wird meistens auf den Kopf eines sogenannten Stirling-Motors focussiert. Diese Wärmekraftmaschine setzt Wärme direkt in mechanische Energie um. Auch der Einsatz kleiner Gasturbinen ist möglich. Diese Methode wird nur im kleinen Rahmen angewendet.

5.2.4 Photovoltaik

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Als Energiewandler werden Solarzellen verwendet, großflächige Dioden aus Halbleitermaterial. Wird Licht im Halbleitermaterial absorbiert, so entsteht an den metallischen Kontakten der Dioden eine Spannung. Schließt man einen Verbraucher an, so fließt Strom. Das Verhältnis von elektrischer Energie zur eingestrahlten Lichtenergie nennt man Wirkungsgrad der Solarzelle. Halbleitermaterialien für die bis zu 100cm² großen Solarzellen sind das heute marktbeherrschende Silicium (Si), und das Galliumarsenid (GaAS), neuerdings aber auch die ungewöhnlicheren Halbleitermaterialien Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Diselenid (CuInSe2). Bei Solarzellen aus Silicium unterscheidet man:

1. Monokristallin: aus eiskristallener gesägter Scheibe (schwarz), 0,3-0,5 mm dick

2. Multikristallin (polykristallin): aus grobkörnig erstarrtem Si-Block gesägte Scheibe (blauschimmernd)

3. Amorph: aus der Gasphase auf einem Träger abgeschiedene dünne Schicht, 1/1000 mm dick, auf einer Trägerplatte (substrat) großflächig angebracht.

Doris Meyer, MdB, Dezember 2003