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| Sanyo Solarmodule |
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Solarlexikon | |
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| Begriff | Definition |
| Warmwasserbereitung | Erwärmung von Wasser mit erneuerbarer Energie – mit Sonnenkollektoren in sonnenreichen Ländern längst verbreitet, aber auch in Mitteleuropa möglich und wirtschaftlich, ebenso mit Wärmepumpen. Um das Jahr 1890 hatte man in Südkalifornien die Idee, 100 l fassende flache Blechtanks auf das Haudach zu stellen und darin Badewasser mit Sonnenenergie zu erwärmen. 1909 brachte dort William J. Bailey eine Anlage auf den Markt, die aus einem Flachkollektor (auf eine geschwärzte Kupferplatte gelötete Kupfer-Rohrschlange, Holzrahmen mit Glasabdeckung) und einem Tank als Warmwasserspeicher bestand. Das Geschäft blühte, denn man konnte damit neun Monate im Jahr Badewasser von 60°C bereiten. Im strengen Winter 1912/13 gefror jedoch die Wasserfüllung und sprengte viele Kollektoren – Bailey machte das Wasser durch Zusatz von Alkohol frostsicher. Die Verkaufszahlen stiegen bis auf 1.000 Stück allein im Jahre 1920, doch dann wurde in Kalifornien Erdgas gefunden, dass billiger und ganzjährig verfügbar war. In Florida hingegen wurden bis in die 50er-Jahre Zehntausende solare Warmwasserbereiter verkauft, ehe eine Verfeuerung von Kupfer und Arbeitskräften sie aus dem Felde schlug. In den 50er-Jahren fand diese Technik in Australien, Israel, Japan und Südafrika einige Verbreitung. Israel hatte 1967 etwa 50.000 Anlagen installiert und weitere 60 Länder – vor allem tropische – ausgeführt. Das billige Öl drückte die Produktion, doch 1973 erwachte mit der Ölkrise weltweit neues Interesse. Auch in Deutschland, Österreich und der Schweiz wurden nun, mit staatlicher Förderung, an mitteleuropäische Verhältnisse angepasste Anlagen als Teile aktiver Solarnutzung entwickelt: Wie in sonnenreichen Ländern umfasst die typische Anlage einen Flachkollektor und einen wärmegedämmten Warmwasserspeicher. Doch während man in sonnenreichen Ländern (auch in den USA) in Zeiten nicht ausreichenden Sonnenscheins Brauchwasser in einem getrennten Elektro- oder Ölkessel erwärmt, soll in Mitteleuropa die Zusatzheizung im Solar-Warmwasserspeicher eingebaut sein. Wo man sich dort mit der gerade erzielbaren Wassertemperatur zufriedengibt, glaubt hierzulande die Industrie, der Kunde verlange eine aufwendige Temperaturregelung. Und schließlich findet man dort meist mit dem Naturumlauf (kaltes, schwereres Wasser aus dem Speicher sinkt in den Kollektor, das erwärmte leichtere Wasser steigt in den Speicher auf) – „Thermosiphon“ (vom Griechischen therme, Wärme, und siphon, Spritze) das Auslangen, zumal man bei der vorherrschenden Bauweise den Speicher auf das Dach stellen kann; hierzulande soll er jedoch tieferliegend im Haus stehen, wodurch eine Umwälzpumpe nötig wird. |
| Wasserstoff | Eines der häufigsten Elemente, in der Natur nur in Verbindungen vorkommend. Ein Gas, das dank verhältnismäßig sauberer Verbrennung als Energieträger der Zukunft gilt, gewonnen mit erneuerbarer Energie aus Wasser. Verfahren, Speicherung und Wirtschaftlichkeit noch offen. Wasserstoff wurde 1766 vom britischen Naturforscher Henry Cavendish als chemisches Element entdeckt und als „brennbare Luft“ bezeichnet. Nachdem erkannt worden war, dass bei Verbrennung mit Sauerstoff Wasser entsteht, benannte ihn der Franzose Antoine Lavoisier 1781 Hydrogenium (vom Griechischen hydor, Wasser, und genes, erzeugend). Er verbrennt zwar zu Wasser, doch bilden sich in der sehr heißen Flamme (2.600°C) nichtumweltverträgliche Stickoxide. Seine Anwendung als Brennstoff – gewonnen aus Kohle, Erdöl, Erdgas oder mit Elektrolyse – ist jedoch auf Sonderfälle wie den Raketenantrieb beschränkt geblieben: Er entzündet sich bei 585°C selbst und bildet mit Sauerstoff explosibles Knallgas. Hingegen wird er in großer Menge als Chemie-Rohstoff gebraucht. Seit der Ölkrise betrachtet man ihn als jenen Energieträger, der Erdöl und Erdgas voll substituieren könnte, weil er ebenso vielseitig anwendbar, vor allem aber mit erneuerbarer Energie aus Wasser gewinnbar (als ein Energiespeicher dafür) ist. Dazu müsste man eine „Wasserstoffwirtschaft“ aufbauen und wirtschaftliche Verfahren für Gewinnung und Speicherung finden. Wasserstoffwirtschaft In sonnigen, kaum besiedelten Gebieten wie der Sahara soll Wasserstoff mit Sonnenenergie aus Wasser bzw. Meerwasser gewonnen werden und mit solarer Kühlung an Ort und Stelle verflüssigt werden (auch Grönland-Kraftwerke werden erwogen). Der flüssige Wasserstoff, der viel weniger Raum als gasförmiger einnimmt, würde mit Tankschiffen zu Industriestaaten transportiert. Über Rohrleitungen (wofür sich das heute bestehende Gasnetz anpassen ließe) verteilt, könnte er als Brennstoff, Treibstoff, Chemie-Rohstoff und zur Stromerzeugung in Brennstoffzellen, Wärmekraftwerken und Totalenergieanlagen dienen. Gewinnung und Speicherung Um Wasserstoff zu gewinnen, muss stets mehr Energie aufgewendet werden als der gewonnene Wasserstoff enthält. Daher sucht die Forschung nach Verfahren mit möglichst hohem Wirkungsgrad: • Bei der Elektrolyse (Zersetzung von Wasser, das mit Säure oder Lauge elektrisch leitend gemacht wurde, durch elektrischen Strom) sollen neue Werkstoffe und Arbeitstemperaturen bis zu 1.000°C den Wirkungsgrad über die heurigen 70 bis 80% steigern. Der Strom könnte aus Gezeitenkraftwerken, Meereswärmekraftwerken, Solarkraftwerken, Wellenenergiewandfern und Windkraftanlagen kommen. • Photoelektrolyse und Photolyse, • Für die thermochemische Zersetzung (vom Griechischen therme, Wärme) von Wasser und Ammoniak mit Solar-Brennstoff bei 1.000°C werden noch geeignete Werkstoffe gesucht. |
| Windenergie | Bewegungsenergie der Luft, bis ins 20. Jahrhundert mit Segelschiffen und Windmühlen genutzt. Moderne Windkraftanlagen zur Stromerzeugung sind umweltverträglich und können in windreichen Ländern eine wertvolle, wirtschaftliche Erweiterung des Energieangebots werden. Die Sonnenstrahlung erwärmt die Luft über Boden und Wasser. In Gegenden stärkerer Einstrahlung steigt die Luft höher als über solchen mit geringerer. Die daraus folgenden örtlichen und weiträumigen Druckunterschiede gleichen sich durch Luftbewegungen bzw. „Winde“ vom Hochdruck – zum Tiefdruckgebiet (dem Gebiet aufsteigender Luft) aus. Die Windenergie – Bewegungsenergie der Luft – ist also eine indirekte Form der Sonnenergie und somit erneuerbare Energie. Unter Windkraftanlagen (WKA, auch Windenergiekonverter-WEK genannt) versteht man im weitesten Sinn alle Maschinen zur Nutzung der Windenergie: in früheren Zeiten Windmühlen, heute eine Maschineneinheit, bestehend aus einer Windturbine und einem davon – direkt oder über ein Getriebe – angetriebenen Generator zur Stromerzeugung (Windturbinen zum mechanischen Pumpen von Wasser werden als Wind- oder Wasserpumpen bezeichnet). Als Windturbinen finden Propeller (mit waagrechter Achse; Turbine, Getriebe und Generator miteinander verblockt aus der Spitze eines Turms) oder Darrieus-Rotoren (mit lotrechter Achse; Getriebe und Generator leicht zugänglich am Boden) Verwendung. |
| Wintergarten | Weitgehend verglaster, nach Süden blickender, an oder in das Haus gebauter Raum, der sich bei Sonnenstrahlung erwärmt und, richtig gebaut und betrieben, die Wärmeverluste des Hauses vermindern kann. Im Sommer und der Übergangszeit als Wohnraum nutzbar. Seit Vitruvs Zeiten bauten schon die Römer Wintergärten als Treibhäuser zur Überwinterung exotischer Pflanzen. Diesem Zweck diente er auch, als er im 19. Jahrhundert nördlich der Alpen aufkam. Im 19. Jahrhundert wurde er, vor allem in Gestalt der Veranda (vom Portugiesischen varanda, verglaster Balkon), zum Wohlstandszeichen des Bürgertums. Nach dem 1. Weltkrieg verschwand er, weil man sich die Beheizung, die im Winter für die Pflanzen nötig ist, nicht mehr leisten konnte. Nach der Ölkrise wurde der Wintergarten von der Solararchitektur wieder entdeckt, aber nicht als Treibhaus, sondern als Baustein passiver Solarnutzung zum Energiesparen. Die ersten Bauherren, die vom Wintergarten eine Zusatzheizung erwartet hatten, erlebten jedoch Enttäuschungen. Seither haben Forschungsarbeiten, insbesondere im Rahmen von IEA-Vorhaben, umfassenden Erkenntnisse erbracht, wie ein Wintergarten in Mittel- und Nordeuropa gebaut sein muss und was man von ihm erwarten kann: • Um im Winter möglichst viel Sonnenenergie einzufangen, sollten die Glasscheiben senkrecht stehen; am besten ist Doppelverglasung mit wärmedämmender Nachtabdeckung, die allzu große Wärmeverluste infolge Abstrahlung behindert (aus diesem Grunde sollten waagrechte und nicht nach Süden blickende Scheiben vermieden werden). Die Rahmen dürfen keine Kältebrücken bilden. Wintergärten, die innerhalb des Haus-Grundrisses liegen und deren Scheiben mit der Außenwand fluchten, sind energetisch am günstigsten. • Die Temperatur im Wintergarten liegt bei Sonnenschein in der Regel 10 bis 15°C über jener der Umgebung. Im Sommer besteht daher die Gefahr von Überhitzung, der durch Lüftungsklappen vorgebeugt werden muss. An kalten Wintertagen ist der Wintergarten kälter als das Haus. Zu den Übergangszeiten hingegen kann man den Wintergarten zum Haus hin öffnen und seine Warmluft zur Heizung verwenden (dazu ist ein Gebläse vorteilhaft). Über das ganze Jahr gesehen, vermag ein gut gebauter und richtig betriebener Wintergarten ähnlich einer Wärmedämmung als Puffer zu wirken und den Energieverbrauch der dahinterliegenden Räume zu verkleinern. |
| Wärmepumpe | Maschine, die aus Luft, Wasser, Erdreich oder Kollektoren Wärme aufnimmt und auf höhere Temperatur bringt – und zwar ein Mehrfaches der zum Antrieb nötigen Energie. In unserem Klima aussichtsreiche Heiztechnik. 1852 entdeckten die Engländer James Joule (nach dem die Maßeinheit der Energie benannt ist), 1818 bis 1889, und William Thomson (später Lord Kelvin, dem zu Ehren die Maßeinheit der Temperatur so heißt), 1824 bis 1907, dass sich Gase bei Entspannung aus hohem Druck abkühlen und umgekehrt bei Druckerhöhung (Kompression, vom Lateinische comprimere, zusammendrücken) erwärmen. Diese Erkenntnis wurde schon 1856 von Rittinger in einer Kompressionsmaschine zur Dampfüberhitzung genutzt und später zum Bau von Kühlmaschinen und Haushaltskühlschränken verwendet: Sie nehmen im Schrank Wärme auf und geben sie außerhalb wieder ab. Der Einsatz einer solchen Maschine zur Heizung, einer „Wärmepumpe“, welche die Wärme außen aufnimmt und innen abgibt, ist aber erst 1932 in Tokio belegt. 1938 folgten das Rathaus, 1939 das Hallenbad und darauf mehrere Amtshäuser von Zürich. Nach dem 2. Weltkrieg wurden in den USA einige Millionen Klimageräte zur Raumkühlung verkauft, die nach Umschalten als Wärmepumpen arbeiten. Sie beruhten, wie praktisch alle Wärmpumpen heute, auf dem Kompressor-Prinzip: • Dem Verdampfer, einem Wärmetauscher, wird Wärme niedriger Temperatur zugeführt, z.B. mit Grundwasser von 10°C. Dies genügt jedoch, um eine niedrigsiedenden Flüssigkeit wie Ammoniak zu verdampfen – der Dampf hat nun Wärmeenergie aufgenommen, die dem Wasser entzogen worden ist (wodurch es sich abkühlt). • Ein Kompressor verdichtet den Dampf, der sich dabei (durch Umwandlung der Kompressor-Antriebsenergie in Wärme) erhitzt. • Im Kondensator (vom Lateinischen condensus, dichtgedrängt) einem Wärmetauscher, dessen Temperatur unter jener des Dampfes liegt, verflüssigt sich der Dampf, und die freiwerdende Kondensationswärme überträgt sich auf den Wärmeträger Heizung, und zwar bei höherer Temperatur als im Verdampfer. • Beim Austritt aus einem Entspannungsventil entspannt sich die Flüssigkeit, kühlt ab und gelangt wieder in den Verdampfer. Ein großer Vorzug der Wärmepumpe ist, dass sie ein Mehrfaches an Energie in Form von Wärme abgibt wie sie zum Antrieb des Kompressors aufgewendet und bezahlt werden muss. Das Wievielfache das ist, die Arbeits- oder Heizzahl, hängt im Wesentlichen vom Temperaturunterschied zwischen Verdampfer und Kondensator ab. Je kleiner dieser, desto größer die Arbeitszahl – sie kann den Wert vier erreichen (d.h. die Wärmepumpe gibt viermal so viel Energie ab wie der Kompressor benötigt). |
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