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Павлодар
оқу-әдістемелік құралы
Павлодар
Кереку
ӘОЖ 372.881.111.22 (075)
КБК 81.2.Нем-9
Н45
С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университетінің гуманитарлық педагогикалық факультетінің оқу-әдістемелік кеңесімен баcпаға ұсынылды
Б. Сағындықұлы – филология ғылымдарының докторы, проф., Павлодар мемлекеттік педагогикалық институтының ғылыми істер жөніндегі проректоры;
Ж. М. Байғожина – педагогика ғылымдарының кандидаты, доцент, Павлодар мемлекеттік педагогикалық институтының шетел тілдері кафедрасы меңгерушісі
Г. К. Кенжетаева – филология ғылымдарының кандидаты, доцент
К 17 Неміс тілі : энергетика мамандықтарына арналған оқу-
әдістемелік құралы / Д. Е. Капанова., Құлахметова М. С. –
Павлодар : Кереку, 2012. – 120 б.
Неміс тілі пәнінен студенттердің практикалық сабақтарына арналған оқу-әдістемелік құралы барлық энергетика мамандықтарының студенттеріне ұсынылады. Оқу-әдістемелік құралы жұмыс бағдарламасына сәйкес әзірленді.
ӘОЖ 372.881.111.22 (075)
КБК 81.2.Нем - 9
© С. Торайғыров атындағы ПМУ, 2012
Материалдық дұрыс болуына, грамматикалық және орфографиялық қателерге авторлар мен құрастырушылар жауапты
«Неміс тілі» энергетика мамандықтарына арналған оқу-әдістемелік құралы мазмұны мен ондағы материалдар көлемі және көркемделуі жағынан талаптарға сай жасалған.
Ұсынылып отырған оқу-әдістемелік құралында әр сабақтың материалы жүйелі түрде: тақырыптың мәтіні, аутенттік материалдар енгізіліп, одан ары қарай лексика-грамматикалық тақырыптарды тереңірек ұғынып, түсінуге көмектесетін тапсырмалар мен жаттығулар, мәтіндер және энергетика саласы бойынша терминдер енгізілген. Бұл оқу-әдістемелік құралын басқа да тілдік емес факультеттің қазақ топтарында оқитын студенттердің де қолдануына болады.
1 Was bedeutet das?
Was ist Treibhausgas?
Die Erde wird von einer dünnen Schicht aus Gasen wie Stickstoff und Sauerstoff umhüllt, die sich Atmosphäre nennt. Diese Schicht sorgt dafür, dass sich ein bestimmter Teil der Wärme von der Sonne auf der Erde hält und so Leben ermöglicht. Ein Treibhausgas kann die Atmosphäre negativ beeinflussen, indem es ihre Zusammensetzung schädigt oder verdichtet. Trifft letzteres zu, kommt es zum Treibhauseffekt: Durch die zu dichte Atmosphäre kann die Wärmestrahlung der Sonne nicht mehr entweichen und die Erde erwärmt sich auch nicht natürlich vorgesehene Weise.
Und das kann wiederum schwerwiegende Folgen haben, was die Menschheit verhindern möchte. Von ihr gehen aber gleichzeitig die schädigenden Treibhausgase aus, zumindest zum großen Teil. Das umstrittenste Treibhausgas ist das Kohlenstoffdioxid, auch CO2 genannt. Es wird am meisten vom Menschen produziert und verursacht somit auch die größten Schäden.
Verschiedene Gesetze halten die Menschen deshalb dazu an, so wenig CO2 wie möglich auszustoßen, wofür verschiedenste Technologien entwickelt wurden. Mit aus regenerativen Energiequellen erzeugtem Strom liegt der CO2-Ausstoß bei null Prozent. Mit der Nutzung dieser kann die globale Erwärmung also aufgehalten werden.
Umgangssprachlich ist Solarstrom ein Wort für Energie, die aus der Sonnenstrahlung gewonnen wurde. Die Nutzbarmachung von der Sonnenenergie zählt zu den erneuerbaren Energien, denn die Sonne steht den Menschen auf der Erde praktisch ständig zur Verfügung. Und wenn sie es einmal nicht tut, dann ist es entweder bewölkt oder Nacht. Außerdem wird die Sonne noch ungefähr fünf Milliarden Jahre so scheinen wie heute.
Und schon heute schickt sie am Tag viel mehr Energie auf die Erde, als die Menschen brauchen könnten. Damit diese Energie nicht gleich wieder verschwindet, kann sie mit Solaranlagen genutzt werden. Treffen die Sonnenstrahlen auf eine solche Anlage, wird die Energie sofort in Strom oder Wärme umgewandelt, je nach Anlage.
Die Anlagen, die elektrische Energie produzieren, machen Solarstrom. Mit einer Solaranlage auf dem Dach könnte jeder seinen eigenen Strom produzieren. Allerdings scheint die Sonne sehr unregelmäßig, so dass eine häusliche Anlage die Stromversorgung allenfalls unterstützen könnte.
Energie, also Strom und Wärme sind heute unverzichtbar. Seit ihrer Entdeckung, Entwicklung und Nutzung ist sie unverzichtbar geworden. Doch muss die Energie irgendwie hergestellt werden. Für diesen Zweck wurden Kohle- und Atomkraftwerke entwickelt, die auch heute noch betrieben werden. Diese sind allerdings nicht umweltfreundlich. Denn die Stromerzeugung mit Kohle verursacht viel CO2, welches der Umwelt schadet. Und auch bei der Atomkraft gibt es umstrittene weil sehr umweltschädigende Endprodukte. Alternativ zu diesen Herstellungsweisen und großer Traum der Zukunft ist die Bioenergie.
Das ist Energie, die aus erneuerbaren Energiequellen wie Wasserkraft, Wind- oder Sonnenenergie, aber auch Biomasse erzeugt wird. Die natürlichen Energieträger haben so wie so Energie, die nur gespeichert werden muss, um sie Nutzbar zu machen. Um Bioenergie zu gewinnen gibt es verschiedene Techniken, die speziell für den jeweiligen Energieträger entwickelt wurden. Für Wind gibt es Windräder, die auf offenen Flächen oder auf dem Meer stehen. Sonnenenergie kann mit Solaranlagen gespeichert werden. Und die mechanische Energie des ständig fließenden Wassers wird in Kraftwerken in elektrische Energie umgewandelt.
Da die alten Energieträger nicht erneuerbar sind sondern in absehbarer Zukunft verschwinden werden und wegen der Umweltschonung ist Zukunftsvision und Ziel, die Bioenergie einmal für die komplette Versorgung nutzen zu können.
Die Sonne schickt jeden Tag mehr Energie auf die Erde, als die Menschheit in derselben Zeit verbrauchen könnte. Deshalb gibt es Technologien, mit denen die Sonnenenergie nutzbar gemacht wird. Auch für alle anderen Erneuerbaren Energien gibt es spezielle Anlagen, mit denen die Energie in Elektrizität, Wärme oder Gas umgewandelt wird.
Ein Solarmodul ist eines dieser Techniken. Das Modul enthält mehrere Solarzellen und wandelt das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Ein Solarmodul kann einzeln, zum Beispiel auf Dächern von Wohnhäusern, angebracht werden oder in der Gruppe in Photovoltaik-Anlagen stehen. Die Module werden auch bei der Raumfahrt verwendet. Der erzeugte Strom kann, einmal erzeugt, genauso genutzt werden wie normaler Strom auf anderen Energieträgern. Damit das aber klappt, müssen mehrere Materialien zu einem Solarmodul zusammengefasst werden.
Dazu gehört eine transparente Abdeckung genauso wie robuste elektrische Anschlüsse. Außerdem muss das ganze Modul vor Wetterbedingungen geschützt und auch gekühlt werden. Man kann Sonnenmodule auf viele verschiedene Weisen bauen und es gibt auch viele Arten von Solarzellen. Basis ist aber immer der photovoltaische Effekt, bei dem eine Ladungstrennung stattfindet, wenn Licht auf den speziellen Übergang trifft.
Watt ist die internationale Einheit für die Leistung. Ein Megawatt ist das Millionenfache eines Watts. Mit dieser Einheit wird die Energie angegeben, die in einer bestimmten Zeit produziert oder genutzt wird. Zu den Energie-Maßeinheiten Kilowattstunde (kWh) oder Wattsekunde (WS) (=Joule) ist sie klar zu unterscheiden.
Beispielsweise in Debatten über die Energieversorgung wird oft von einem Energieverbrauch pro Jahr gesprochen. Die Leistung ist aber genau genommen ein Momentanwert und hat nichts mit einer Zeitspanne zu tun. Deshalb wird die Momentanleistung auch von der Spitzen- oder Maximalleistung unterschieden. All diese Varianten werden in Watt angegeben. Oder aber, wenn die Leistung an die Millionen heranreicht, in Megawatt.
Die Leistung ergibt sich aus dem Produkt der Effektivwerte von Spannung und Stromstärke, wenn es um elektrische Verbraucher geht. Bei solchen elektrischen Geräten steht immer die maximale Leistungsaufnahme drauf, die aber die wirklich abgegeben wird, da sich der Wirkungsgrad unterscheidet und ein Teil der Energie immer verloren geht. Eine Glühlampe mit 60 Watt nimmt diesen Wert zwar tatsächlich auf, gibt jedoch nur ca. 3 Watt, also 5 Prozent der angegebenen Leistung, ab. Das liegt an mechanischen oder anderen Verlusten, welche die Leistung reduzieren.
Ein Kraftwerk, welches die gewonnene, elektrische Energie durch Umwandlung in potentielle Energie von Wasser speichert, wird Pumpwasserkraftwerk oder Pumpspeicherkraftwerk genannt. Es hat allerdings nicht viel mit einem gewöhnlichen Kraftwerk zu tun, denn es erzeugt nicht wirklich Strom.
Dafür verbraucht es welchen durch die Wirkungsverluste beim Zwischenspeicher. Das ist allerdings zur Netzregelung nötig. Bei einem Pumpwasserkraftwerk sind eine Turbine, ein Motor-Generator und eine Pumpe auf einer Welle montiert und bilden dort eine Einheit. Wird Strom gebraucht, so wird das Wasser durch das Werk fließen gelassen.
Das treibt die Turbine und diese den Generator an. Ist zu viel Energie vorhanden, arbeitet der Motorgenerator als Elektromotor und treibt die Pumpe an, welche das Wasser von dem Unteren Auffangbecken wieder zurück in das obere Sammelbecken pumpt. So entsteht ein ewiger Kreislauf ohne Energieverlust. Bei neueren Pumpwasserkraftwerken wurden Turbine und Pumpe zu einer Pumpturbine zusammengeschlossen. Diese richtet sich nach der Richtung, in welche sie gedreht wird.
Wenn die Luftmassen der Atmosphäre bewegt werden, ist kinetische Energie im Spiel, die Windenergie. Indirekt kommt diese Energie von der Sonne, was sie zu einer erneuerbaren Energie macht – sie geht nie aus. Denn die Sonne scheint immer auf die Erde, was sie allerdings ungleichmäßig tut.
Die entstehenden Druck– und Temperaturunterschiede wollen sich ausgleichen, was die Luftmassen in Bewegung bringt. Speziell geformte Windräder können die Energie, die bei der Windbewegung vorhanden ist nutzen. Sie lassen sich vom Wind drehen und treiben so einen Generator an. Die so entstehende elektrische Energie wird dann wie herkömmlicher Strom in das öffentliche Stromnetz eingespeist und kann auch wie dieser genutzt werden. Windenergie existiert überall, allerdings ist sie an manchen Orten stärker als an anderen.
In Küstennähe weht beispielsweise mehr Wind als mitten in einem Gebiet flacher Böden. Und auf dem Meer weht er noch mehr, was auch der Grund für Windanlagen mitten auf dem Meer sind. Der aus regenerativen Energiequellen erzeugte Strom soll irgendwann den gesamten Strombedarf der Menschheit decken und die Erde so vor der globalen Erwärmung bewahren.
Eine Ressource bezeichnet ein Mittel oder eine Quelle, um eine Handlung durchzuführen oder einen Vorgang ablaufen zu lassen. Dieses Gut kann materiell sein, oder immateriell. Meist werden Boden, Rohstoffe oder Energie als Ressourcen bezeichnet. Der Boden ist beispielsweise eine natürliche Ressource, die aber nur begrenzt im nutzbaren Zustand vorhanden ist.
Natürlich gibt es überall Boden, aber nur noch selten solchen, auf dem sich etwas anbauen lässt. Wo gebaut wird, viele Menschen leben oder Menschen den Boden abgraben oder aufschütten, wird die Ressource geschädigt. Dann kann auf ihr beispielsweise kein Getreide oder Raps mehr angebaut werden, was den Lebensstandart der Menschen erheblich beeinflussen kann. Zu den am stärksten betroffenen Ressourcen gehört das Erdöl. Die fossilen Energieträger im Allgemeinen gibt es nur noch Restbestände. Die Ressourcen sind erschöpft. In der Energiebranche wird nun deshalb auf erneuerbare Energiequellen gesetzt. Dabei handelt es sich um Strom aus Energieträgern, denen die Nutzung keinen Abbruch tut weil die Rohstoffe nachwachsen oder das Medium nicht schädigend beeinflusst wird, wie zum Beispiel bei Wasserkraft oder Sonnenenergie.
Alle Ressourcen müssen mit Respekt behandelt und auf sie muss geachtet werden. Denn sie gehören zur Umwelt und sind Basis für unseren Lebensstandart.
Strom gehört zu den wichtigsten Energieträgern der heutigen Zeit. Ohne ihn könnte der derzeitige Lebensstandart auf keinen Fall gehalten werden. Konventioneller Strom wird aus Atom- oder Kohlekraftwerken bezogen und auf der Strombörse gehandelt. Die Stromanbieter kaufen den Strom dort und verkaufen ihn dann an ihre Kunden weiter.
Durch die eigene Erzeugung kann Alternativer Strom oft relativ günstig ge- und verkauft werden, da der Aufpreis der Strombörse entfällt. Nutzer des Stromes aus regenerativen Energiequellen leisten außerdem einen Beitrag zum Umweltschutz. Denn schon allein durch die Nachfrage nach dem sauberen Strom wird deren Erforschung und Nutzung gefördert. Alternativer Strom kann aber auch direkt aus Privathaushalten stammen, die beispielsweise eine Solaranlage auf dem Dach haben oder ein Mini-Blockheizkraftwerk im Keller. Diese speziellen Anlagen unterstützen oder übernehmen die Heizleistung im Eigenheim und schonen die Umwelt, für eine grüne Zukunft.
Die fossilen Energieträger, aus denen auch heute noch Energie gewonnen wird, stehen nur noch für eine begrenzte Zeit zur Verfügung und schädigen mit ihren Schadstoffausstößen die Umwelt. Zu den fossilen Energieträgern zählen Erdöl, Kohle und Erdgas. Kernkraft zählt zwar nicht zu den fossilen Energien, kann aber auch nicht zu den erneuerbaren gezählt werden. Durch den radioaktiven Abfall zählt sie aber auf keinen Fall zu den Umweltfreundlichen. Aufgrund der begrenzten Ressourcen, des Klimaschutzes und dem Wunsch der Unabhängigkeit soll in Zukunft auf all diese Energiequellen verzichtet werden. Ersatz bieten die völlig gegensätzlichen Erneuerbaren Energien.
Das sind Energien aus Quellen, die sich entweder kurzfristig von selbst erneuern oder die Quelle bei der Nutzung nicht ausschöpfen. Diese Energieressourcen stehen nachhaltig zur Verfügung. Zu den, auch als regenerative Energiequellen, bezeichneten Quellen zählen Wasserkraft, Windenergie, Sonnenstrahlung, Erdwärme und auch die Energie, die durch die Gezeiten entsteht. Außerdem zählt Biogas zu den Energiequellen, die energetisches Potential besitzen.
Derzeit wird viel Geld in den Ausbau von Anlagen zur Nutzung Erneuerbarer Energien investiert, besonders für Wind- und Sonnenenergie sowie für Biomasseanlagen. Ziel ist es, den Gesamtverbrauch Europas bis zum Jahr 2020 zu 20 Prozent decken zu können.
Die Energie, die wir nutzen, wird noch zu einem sehr großen Teil aus Energieträgern gewonnen, die es bald nicht mehr geben wird. Die Vorräte an Kohle und Erdöl werden schon bald aufgebraucht sein und außerdem ist die Energie aus diesen Quellen alles andere als umweltfreundlich. Und auch Atomenergie kann nicht dazu gezählt werden.
Zum einen wäre da Wasserkraft, die einen erheblichen Einfluss auf die Ökostrom-Branche hat. Aber auch die Energie aus der Sonne wird nicht unterschätzt. Diese wird in Solaranlagen eingefangen und in Strom umgewandelt. Außerdem sind die großen, auf freien Flächen stehenden Windräder für den gleichen Zweck da. Auch direkt von der Erde kommt ein Beitrag für grünen Strom: Ihre Wärme dient zum Heizen und der Stromerzeugung. Und alles, was auf ihr wächst kann durch Gärung zu Gas und dann auch zu Strom gemacht werden.
Solaranlagen sind Technische Hilfsmittel zur Nutzbarmachung der Sonnenenergie. Die Sonne zählt zu den erneuerbaren Energiequellen und schickt jeden Tag mehr Energie auf die Erde, als die Menschen in dieser Zeit verbrauchen könnten. Wenn diese Energie nicht genutzt wird, verschwindet sie einfach wieder in den Weltraum.
Deshalb gibt es solche Solaranlagen, die aus der Sonnenenergie Strom produzieren und solche, die die Energie zum Heizen von Gebäuden nutzen: die Solarheizung. Genutzt wird das Prinzip der thermischen Solaranlage in der Gebäudetechnik und auch in thermischen Solarkraftwerken. Besonders im Frühjahr und August werden Solarheizungen eingesetzt, da zu diesen Zeiten hohe Sonneneinstrahlung und kühle Temperaturen aufeinander treffen.
Sie können Trinkwasser erwärmen und die Heizung unterstützen. Die Solarheizung besteht aus einem Kollektor, der die Sonnenstrahlung auffängt und in Wärme umwandelt, einem Solarwärmespeicher, der die Wärme bei Bedarf abgibt, und einem verbindenden Stromkreislauf, über den die Wärme vom Kollektor in den Speicher transportiert wird. Durch eine solche Anlage steigert die Energieeffizienz und schützt die Umwelt.
Was ist Fotovoltaik?
Die Sonne schickt täglich mehr Energie zur Erde, als die Menschheit jemals nutzen könnte. Diese Energie erhellt den Tag, heizt den Boden auf, wird reflektiert und verschwindet wieder ins Universum, wenn sie nicht gespeichert wird. Fotovoltaik – oder Photovoltaik – benennt die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, was mit Solarzellen geschieht.
Die entstehende Energie wird dann in das öffentliche Stromnetz eingespeist und kann wie ganz normaler Strom genutzt werden. Sonnenenergie zählt zu den Erneuerbaren Energien, da die Sonne in nächster Zukunft nicht aufhören wird, zu scheinen. Fotovoltaik-Anlagen können vielseitig genutzt werden.
Es gibt großangelegte Flächen, auf denen viele der Solarplatten aufgestellt sind. Es kann sich aber auch lohnen, einige Solarzellen auf dem Dach zu montieren und so einen Teil der benötigten Energie selbst zu produzieren. Allerdings ist es ohne einen guten Speicher nicht möglich, den Strom allein von Sonnenenergie zu nutzen. Denn an einem wolkigen Tag oder nachts nehmen die Solarplatten keine Energie auf. Für diese Situationen muss noch Abhilfe geschaffen werden.
Die Sonne wärmt die Erde mit ihrer Energie durch die Energie, die in den Sonnenstrahlen steckt. Doch nur ein Teil der Sonnenstrahlung wird aufgenommen. Ein anderer Teil geht ungenutzt ins Universum zurück. Doch ist die Sonne der Energieträger mit der meisten Kraft und dem meisten Potential.
Sie schickt jeden Tag mehr Energie zu uns, als die Menschheit verbrauchen könnte. Solarthermische Kraftwerke nutzen diese Energie gezielt zur Stromerzeugung. Das Wort Solar steht für die Sonne und thermisch ist alles, was mit Wärme zu tun hat. Die Wärmeerzeugung aus der Sonnenenergie ist weit effektiver als die Stromerzeugung.
Außerdem sind meist nur niedrige spezifische Investitionen nötig. Zumindest weniger als bei Photovoltaik-Anlagen und deshalb wird in solchen Kraftwerken mit der Wärme der Sonne gearbeitet. Allerdings haben Solarthermische Kraftwerke auch höhere Betriebskosten und sind aufwändiger in der Wartung. Außerdem erfordern sie eine bestimmte Mindestgröße. Wirtschaftlich einsetzbar sind Solarthermische Kraftwerke nur in Regionen, die besonders sonnenreich sind.
Diese neue Technik soll einen wichtigen Beitrag zur zukünftigen Energie– und Klimapolitik der Bundesrepublik leisten. Denn die hohen Windgeschwindigkeiten auf dem Meer versprechen enorme Energiepotentiale. Schon an Land stellten sich die Windanlagen als sehr zuverlässig und kostengünstig dar. Das Ziel der Komplettversorgung mit Ökostrom rückt durch solche Anlagen näher. Allerdings bringen die Windkraftanlagen nicht nur sauberen Strom mit sich, der die Umwelt schon, sondern strapazieren diese auch. Denn der Bau dieser Anlagen hat ökologische Auswirkungen, da es ein verheerender Eingriff in die Umwelt ist, diese Anlagen auf dem Meeresgrund zu verankern.
Die Richtlinien schreiben außerdem nur einen Mindestabstand von 100 Metern zu den Brutvögeln vor, was sich negativ auf die Bestandentwicklung auswirken kann.
Allerdings kommt es nur sehr selten zu Kollisionen mit den Windrädern und auch sonst zeigten Studien keine negativen Auswirkungen.
Dieses Prinzip wird schon seit dem Altertum genutzt um Energie aus der Umwelt zu schöpfen und diese zu nutzen. Der so erzeugte Strom kann dann direkt ins Stromnetz fließen und ganz normal verwendet werden. Da Wind eine indirekte Form der Sonnenenergie ist, zählt sie zu den Erneuerbaren Energien.
In Zukunft soll all der genutzte Strom aus erneuerbaren Energiequellen stammen und so die Umwelt entlasten, ohne dem aktuellen Lebensstandart der Menschen negativ zu beeinflussen. Mit immer mehr Technik rückt diese Zukunft immer näher.
Sonnenergie ist die größte Energiequelle überhaupt. Solarenergie entspricht etwa dem 10.000-fachen des Weltprimärenergiebedarfs. Sonnenenergie nutzen Sie günstig und effektiv zum einen über Photovoltaikanlagen zum Erzeugen von Strom oder als thermische Solarkollektoren für Wärme.
Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, die in Teilen als elektromagnetische Strahlung zur Erde gelangt.
Die Intensität der Sonneneinstrahlung beträgt an der Grenze der Erdatmosphäre etwa 1,367 Kilowattstunde je Quadratmeter; dieser Wert wird auch als Solarkonstante bezeichnet. Ein Teil der eingestrahlten Energie wird von den Bestandteilen der Atmosphäre – festen, beispielsweise Eiskristallen oder Staub), flüssigen oder gasförmigen Schwebeteilchen - reflektiert. Ein weiterer Teil wird von den Bestandteilen der Atmosphäre absorbiert und bereits dort in Wärme umgewandelt. Der dritte Teil geht durch die Atmosphäre hindurch bis zum Erdboden. Dort wird er entweder in Wärme umgewandelt und ist für Photosynthese, Photothermik oder
Bei der Nutzung von Sonnenenergie wird zwischen Photovoltaikanlagen, mit denen Strom erzeugt wird, der ins Netz eingespeist wird, und Sonnenkollektoren, die Heizkosten sparen, weil Wasser für den eigenen Haushalt erwärmt wird, unterschieden.
Photovoltaikanlagen sollten mindestens 30 Quadratmeter groß sein, damit sich die Investition in 15 bis 20 Jahren amortisiert. Photovoltaikanlagen können fast überall vom Steildach über Flachdach und Fassade bis hin zum Garten installiert werden. Entscheidend dabei sind eine Ausrichtung nach Süden, Südosten oder Südwesten und die richtige Einstellung des Winkels, die sich mit speziellen Trägersystemen leicht realisieren lässt. Abschattungen durch beispielsweise Gebäude oder Bäume sollten natürlich vermieden werden.
Häufig benötigen Sie für die Errichtung einer Photovoltaikanlage nicht einmal eine Baugenehmigung. Solaranlagen zur Warmwasserbereitung beginnen bei einer Größe von vier Quadratmetern. Wie groß eine Anlage sein sollte und wann sie sich rechnet, hängt von der Heiztechnik, dem Wasserverbrauch und der Wärmedämmung ab. Auch die aktuellen Förderprogramme müssen eingerechnet werden.
Die Solarstromförderung wurde in Deutschland rückwirkend zum 1. Juli gekürzt. Hauseigentümer, die von Juli bis September 2010 eine Solarstromanlage in Betrieb nehmen, bekommen für ihren Strom 13 Prozent weniger Vergütung als bisher. Für ab Oktober 2010 installierte Anlagen sinkt sie um weitere 3 Prozent. Folge: Für jede Kilowattstunde (kWh), die der Eigentümer ins öffentlich Netz einspeist, muss ihm der Netzbetreiber statt 39,14 Cent nur noch 34,05 Cent und ab Oktober 32,88 Cent pro kWh bezahlen. Die Vergütung ist wie bisher im ersten Betriebsjahr und den 20 Folgejahren staatlich garantiert. Für Solarstromanlagen, die ab 2011 ans Netz gehen, soll sie noch einmal um 9 bis 13 Prozent sinken.
Bis zum Jahr 2020 sollen 20 Prozent der Energie in der EU aus regenerativen Anlagen stammen. Die Nutzung der Sonnenenergie hat jedoch auch Grenzen: Aufgrund der wetter-, tages- und jahreszeitabhängigen Sonneneinstrahlung ist ohne zusätzliche Speichertechnologie keine konstante Energieversorgung möglich. Auf Verbrauchsschwankungen kann ebenfalls kaum reagiert werden. Zudem wird Strom und Wärme gerade in kalten Gebieten beziehungsweise Jahreszeiten benötigt, wenn weniger Solarenergie zur Verfügung steht. Denn die erhöhte Effizienz von Solarzellen bei niedrigen Temperaturen kompensiert die im Winter vorherrschende geringere Einstrahlung nur zu Bruchteilen. Für eine gleichmäßige Verfügbarkeit photovoltaisch erzeugter Energie müssten effektive Speicherkapazitäten etwa auf Wasserstoffbasis aufgebaut werden.
Der Ausbau der Solarenergie als erneuerbare Energie hat vor allem durch die Fortschritte in der Klimapolitik an Fahrt gewonnen. In Deutschland sind erneuerbare Energien wie die Solarenergiein den vergangenen Jahren zu einem beachtlichen Wirtschaftszweig herangewachsen. Im Jahr 2010 sollen allein 12,5 Prozent der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien stammen.
So manch einer erfreut sich im Sommer an seiner Solaranlage auf dem Dach. Denn die Sommersonne beschert einer wachsenden Zahl von Haushalten kostenlos warmes Wasser und beträchtliche Einnahmen aus dem hausgemachten Solarstrom. Es ist ein gutes Geschäft sowohl für die Betreiber der Photovoltaik-Anlagen als auch für die Umwelt. Jede solar erzeugte Kilowattstunde Energie erspart der Umwelt bis zu 300 Gramm des Klimagases Kohlendioxid.
Solarenergie als erneuerbare Energie ist für jeden nutzbar
Die Sonneneinstrahlung unterliegt tages- und jahreszeitlichen Schwankungen von Null bis rund einem Kilowatt pro Quadratmeter. Um den Strom aber möglichst rund um die Uhr nutzen zu können, sind zusätzliche Maßnahmen wie Energiespeicher, Regelungstechnik oder auch Zusatzsysteme, etwa ein mit Brennstoff betriebener Heizkessel, notwendig.
Solarenergie liegt derzeit bei den erneuerbaren Energien hinter Wasserkraft und Wind auf Platz drei. Andere erneuerbare Energiequellen sind beispielsweise Biogas, Bioethanol, Holz und Erdwärme .
Der Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Endenergieverbrauch hat sich seit Anfang dieses Jahrtausends mehr als verdoppelt und liegt derzeit bei 10,1 Prozent.
Mit Hilfe der Solartechnik lässt sich die Sonnenenergie auf verschiedene Arten nutzen: Sonnenkollektoren erzeugen Wärme (Solarthermie bzw. Photothermik), Sonnenwärmekraftwerke stellen mit Hilfe von Wärme und Wasserdampf elektrischen Strom her, Pflanzen und pflanzliche Abfälle werden so verarbeitet, dass nutzbare Flüssigkeiten (z. B. Ethanol, Rapsöl) oder Gase (z. B. Biogas, gereinigt wird daraus Methan) entstehen. Solarkocher oder Solaröfen erhitzen Speisen oder sterilisieren medizinisches Material, Solarzellen erzeugen elektrischen Gleichstrom (Photovoltaik).
Die Nutzung der Sonnenenergie als erneuerbare und regenerative Energie wird in Deutschland durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) gefördert. Bereits 20 Prozent der Eigenheimbesitzer haben eine Solaranlage zur Strom- oder Wärmegewinnung . Weitere technische Nutzungen der Sonnenenergie werden erprobt.
Forscher arbeiten an einem Energiemix, um künftig Atomstrom ablösen zu können. Die Zwischenspeicherung von überschüssiger Energie spielt hier momentan noch eine untergeordnete Rolle, da derzeit im deutschen Strommix der Anteil der thermischen Kraftwerke inklusive Biomasse-Kraftwerke mehr als 85 Prozent beträgt. Das wird sich schrittweise ändern.
Es gibt Berechnungen, wonach im Jahr 2162 die Braunkohle, 2083 die Steinkohle, 2063 Uran und 2038 das Erdgas ausgehen werden. Das Erdöl, der zur Zeit wichtigste Energielieferant, wird nach den Berechnungen im Jahr 2031 versiegen. Die Sonnenenergie dagegen ist annähernd konstant. Die einwirkende Energiestrahlung ist 10.000 mal höher als der gesamte Energiebedarf der Welt. Aber es muss beachtet werden, dass diese nicht immer und überall zur Verfügung steht. In Deutschland kann man durchschnittlich mit 1600 Sonnenstunden pro Jahr rechnen, bis zum Äquator nimmt die Sonnenscheindauer bis auf 3500 Stunden im Jahr zu.
Solaranlagen mit immer ausgereifterer Solartechnik
Mit Solaranlagen lässt sich die Strahlung der Sonne in Strom verwandeln und speichern. Dank moderner Solartechnik gelingt das immer effektiver und auf weniger Raum.
Mit Solaranlagen lässt sich die Strahlung der Sonne in elektrische Energie und Wärme verwandeln und speichern. Dank moderner Technik gelingt das immer effektiver und auf weniger Raum, denn Solaranlagen und Solartechnik werden auch immer kleiner. Viele Hersteller der Industrie haben inzwischen eigene solarbetriebene Produkte entwickelt: vom Mondauto bis zum Mobiltelefon
Dass Deutschland führend bei der Entwicklung von Solaranlagen und Solartechnik ist, reicht der Politik derzeit nicht aus. Bundesumweltminister Norbert Röttgen kündigte in diesem Zusammenhang an, dass die Innovationskraft der Industrie noch weiter gestärkt werden solle.
Das Umweltministerium bezuschusst daher die Forschung mit jährlich fast 40 Millionen Euro. Denn förderwürdig seien, so der Minister im Jahr 2010, vor allem jene Neuentwicklungen, die sowohl zur Kostenreduzierung beim Bau von Solaranlagen und Solartechnik beitrügen, als auch deren energetische Leistung verbesserten. Die Ziele des Programms: Die Steuerzahler sollen entlastet werden, die momentan noch die Mehrkosten der Solarstromerzeugung über ihre Strompreise bezahlen, und die Solar-Unternehmen sollen wettbewerbsfähiger werden.
20 Mal so viel Umsatz mit Solaranlagen und Solartechnik
Mit 13 Milliarden Euro hat sich der Umsatz mit Solarstrom und Solarwärme in den vergangenen zehn Jahren mehr als verzwanzigfacht. Nach Angaben der Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft sind bereits 15000 Firmen in der Branche tätig, die Zahl der Beschäftigten hat sich in den vergangenen sechs Jahren auf 83000 verdreifacht. Mehr als zwei Millionen Anlagen produzieren, zu 80 Prozent auf Dächer montiert, Strom und Wärme. Um das Potenzial der Sonnenenergie noch besser ausschöpfen zu können, haben die Unternehmen allein im Jahr 2008 mehr als 190 Millionen Euro in die Forschung und Entwicklung von Solaranlagen und Solartechnik investiert.
Pilot– und Demonstrations-Projekte der Unternehmen werden zusätzlich vom Bundesumweltministerium bezuschusst. Die Höhe ist nach Erfahrung der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie in den meisten Fällen auf 30 bis 50 Prozent begrenzt. Sie orientiere sich an den Kosten für die Planung und den Bau der Solaranlage und Solartechnik, heißt es.
Bereits heute sind nach Angaben des Bundesumweltministers in Deutschland Anlagen mit einer Leistung von insgesamt rund 9000 Megawatt in Betrieb. Pro Jahr sollen weitere 3500 Megawatt hinzukommen und der Anteil der Solarenergie am Verbrauch von jetzt einem auf bis zu vier Prozent steigen.
Ähnliche Wachstumsprognosen für den Einsatz von Solaranlagen und Solartechnik haben auch die Umweltorganisation Greenpeace und der Europäische Industrieverband für Photovoltaik in Brüssel aufgestellt. Mehr als eine Milliarde Menschen könnten bereits im Jahr 2020 mit Sonnenenergie versorgt werden, so ihre Rechnung. Das könnte weltweit den Ausstoß von etwa 170 Millionen Tonnen des Treibhausgases Kohlendioxid verhindern, was den Emissionen von 75 Kohlekraftwerken entspräche.
Den Umweltschützern kommt auch eine Neuentwicklung für das Installieren der Systeme auf dem Erdboden entgegen. Nach Aussage des Bundesverbandes für Solarwirtschaft verhindern inzwischen moderne Ständersysteme, dass Solaranlagen und Solartechnik den Boden versiegeln. Einer Untersuchung zufolge soll die biologische Vielfalt unter Flächen mit großen Solarstromanlagen dann sogar noch zunehmen.
Alexandre Edmond Becquerel stieß 1839 bei Experimenten auf den photoelektrischen Effekt. Damit war der Anfang gemacht – bis zur praktischen Anwendung vergingen allerdings noch Jahrzehnte. 1876 entdeckten dann Williams Grylls Adams und sein Schüler, dass Selen Elektrizität produziert, wenn es dem Licht ausgesetzt wird. Damit konnte man zwar noch nicht ausreichend Energie herstellen, aber der Grundstein für die Solarstromanlagen war gelegt. Erst Mitte des 20. Jahrhunderts kam es zu einem ersten Konzept der Halbleiter-Photovoltaik. Ihren ersten Einsatz hatten die Solarzellen dann 1958 in der Raumfahrt. Auf der Erde wurden sie vorerst nur in Ausnahmefällen zur Stromgewinnung genutzt. Mitte der 1970er Jahre wurden dann mehr Solarzellen für terrestrische Zwecke als für die Raumfahrt produziert.
Das verwendete Halbleitermaterial besteht aus Silizium, welches gezielt mit Bor und Phosphor verunreinigt wird. Dies hat zur Folge, dass ein Überschuss an Elektronen herrscht. Trifft dann Licht auf die Solarzelle, werden die Elektronen freigesetzt und erzeugen eine elektrische Spannung. Durch einen angeschlossenen Stromkreis, kann die elektrische Energie nach außen geleitet und genutzt werden. Dabei wird allerdings Gleichstrom hergestellt. Um den Strom ins öffentliche Netz einspeisen zu können, muss er mittels Inverter (Wechselrichter) zu Wechselstrom umgewandelt werden. Eine einzelne Solarzelle produziert jedoch viel zu wenig Strom. Daher werden viele Solarzellen zu Photovoltaik-Modulen verbunden. Verschaltet man viele dieser Module, erhält man eine Solarstromanlage.
In Solarparks werden einzelne Solarmodule in Reihe verschaltet, wobei sich die Spannung addiert. Für Solarstromanlagen sind nachführbare Unterkonstruktionen ideal, da sie stets perfekt zum Sonnenstand ausgerichtet werden können. Sie bieten das Maximum an Effizienz. Wenn diese Nachführautomatik nicht vorhanden ist, muss man zwischen höchstmöglichem und möglichst gleich bleibendem Energieertrag wählen. Für Deutschland entspricht das einer Ausrichtung nach Süden mit 30° Neigung um den höchst möglichen Energieertrag zu erzielen oder bei gleicher Ausrichtung und einem Winkel von 55° um einen relativ gleich bleibenden Energieertrag zu gewährleisten.
Sonnenenergie
Ohne die Sonne, die unsere Erde mit energiereicher Strahlung versorgt, wäre ein Leben auf der Erde gar nicht möglich. Die Sonne liefert zum Beispiel Energie, die unsere Atmosphäre und unsere Erde mit Wärme versorgt und es Pflanzen ermöglicht, durch die Photosynthese zu wachsen.
Es gibt jedoch noch weitere Potentiale der Sonnenenergie, die sich die Menschheit zu Nutze machen kann. So kann man sich die Energie der Sonne nutzbar machen, um elektrischen Strom zu erzeugen oder um Wärme zum Beheizen von Gebäuden oder Brauchwasser zu gewinnen.
Da die Ressourcen an fossilen Energieträgern immer knapper und teurer werden und die Nutzung dieser konventionellen Energieträger zudem Umweltproblematiken verursacht, erfährt die Nutzung der Sonnenenergie für o. g. Anwendungen derzeit einen großen Boom.
Betrachtet man sich nur die Nutzung der Sonnenenergie zur Erzeugung von elektrischen Strom über Photovoltaikanlagen in Deutschland, kann man diesen Boom auch eindeutig ersehen.
So stieg die installierte Leistung von Photovoltaikanlagen in Deutschland in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts noch langsam von fast Null auf rund 100.000 KW Leistung, seit der Jahrtausendwende erhöhte sich die installierte Leistung von Photovoltaikanlagen allerdings rasant auf mehr als 2.800.000 KW im Jahre 2006.
Dieser rasante Anstieg beruht sicher darauf, dass im Jahre 2000 das "Erneuerbare Energien Gesetz (EEG)" verabschiedet wurde, durch dass u.a sichergestellt ist, dass der Strom aus Photovoltaikanlagen großzügig vergütet wird.
So erhält der Betreiber einer Photovoltaikanlage in Abhängigkeit von der Größe (Leistung) der Anlage um die 40 Cent pro Kilowattstunde Strom.
Diese Förderung der Sonnenenergie hat dazu geführt, dass es auch finanziell interessant ist, in diese noch relativ neue Technologie zu investieren.
Stromerzeugung mittels solarthermischer Kraftwerke
Im letzen Abschnitt wurde die in Deutschland gängige Methode zur Stromerzeugung aus Sonnenenergie über die Nutzung des "Photovoltaischen Effektes" beschrieben.
In Regionen, die sehr sonnenreich sind, lohnen oftmals jedoch auch andere Methoden, aus der Sonnenenergie elektrischen Strom zu erzeugen.
Prinzipiell wird hierfür die Sonnenenergie zunächst in Wärmeenergie umgewandelt, um aus dieser Wärmeenergie dann indirekt Strom zu erzeugen.
Umgesetzt werden dieses Methoden in verschiedenen solarthermischen Kraftwerken, die im Folgenden kurz dargestellt werden sollen :
04 09 2014
19 стр.
Курс бағдарламасын 5В0718 – Электр энергетика мамандығының жұмыс оқу бағдарламасы негізінде техника ғылымдарының кандидаты,доцент Искаков Ж.,педагогика ғылымдарының кандидаты, доце
12 10 2014
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