Physik

Was ist Solarenergie?

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei Solarenergie um Energie, die aus Sonnenstrahlen gewonnen wird. Diese Art von erneuerbarer Energie ist eine der reichhaltigsten Quellen elektromagnetischer Energie, die den Planeten Erde auf natürliche Weise erreicht. Sammelsysteme nutzen sie häufig zur Erzeugung von Wärme oder elektrischer Energie, ohne dabei die Umwelt zu belasten.

Die Sonnenenergie besteht aus Sonnenstrahlung in Form von ultravioletten Strahlen, sichtbarem Licht und anderen Formen elektromagnetischer Energie, die durch physikalisch-chemische Reaktionen auf der Sonnenoberfläche erzeugt werden. Wenn diese Energie in den Weltraum entlassen wird und die Erdoberfläche erreicht, können die Menschen sie mit Hilfe von Technologien wie photovoltaischen Zellen, Sonnenkollektoren und anderen einfangen.

Die Nutzung der Sonnenenergie ist für die Menschheit nicht neu. Seit der Antike wird sie von der Zivilisation für so grundlegende Tätigkeiten wie das Trocknen von Materialien wie Textilien, Häuten und anderen genutzt. Sie hat aber auch kommerziellere Anwendungen wie die Erzeugung von Feuer und sogar Wärme ermöglicht.

Diese Art von Energie zeichnet sich dadurch aus, dass sie aus einer unerschöpflichen Quelle stammt. Deshalb konzentrieren sich neue Technologien in der Energiewirtschaft zunehmend auf die Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung in größerem Maßstab.

Beispiele für Solarenergie mit Bildern

Hier sind einige Beispiele für Solarenergie, die Ihnen helfen werden zu verstehen, wie diese Art von Energie funktioniert.

Gewächshäuser

Solarenergie

Gewächshäuser sind Gebäude, die die Energie der Sonne einfangen und in einer geschlossenen Umgebung speichern können.

Sie werden häufig in der Landwirtschaft eingesetzt, um eine angemessene Temperatur für die Pflanzenentwicklung zu gewährleisten.

Solaröfen

Obwohl sie nicht häufig genutzt werden, sind Solaröfen für viele Menschen, die keinen regelmäßigen Zugang zu Strom haben, von entscheidender Bedeutung.

Die Wärme, die das Kochen und Erwärmen von Lebensmitteln ermöglicht, stammt von der Sonnenenergie, die im Ofen aufrechterhalten wird, um die Temperatur so lange wie nötig hoch zu halten.

Die Sonnenenergie

Elektronik

Solarenergie

Viele elektronische Produkte nutzen winzige photovoltaische Zellen, um ihre internen Batterien durch das Sammeln von Sonnenenergie zu betreiben.

Viele Taschenrechner verfügen über diese Technologie, aber immer mehr elektronische Geräte werden mit solarbetriebenen Peripheriegeräten oder Komponenten ausgestattet.

Solare Warmwasserbereiter

Solarenergie wird für die Erwärmung von Wasser in Haushalten und in der Industrie genutzt.

Auf diese Weise wird der umfangreiche Einsatz von elektrischer Energie vermieden, der zur Erwärmung des Wassers und zur Verbrennung fossiler Brennstoffe oder organischer Materialien zur Wärmeerzeugung erforderlich ist.

Die Solarenergie

Solarthermische Kraftwerke

Solarenergie

Solarthermische Kraftwerke sind ein weiteres Beispiel dafür, wie diese Energie genutzt wird.

Diese Anlagen nutzen die durch Sonnenenergie erzeugte Wärme, um Wasser in Dampf zu verwandeln.

Dieser Dampf wird über eine Turbine in Bewegung gesetzt und treibt so einen Generator an, der Wechselstrom erzeugen kann.

Wie wird Solarenergie erzeugt?

Wenn wir von Solarenergie sprechen, meinen wir die Energie, die von Sonnenkollektoren und anderen Geräten eingefangen wird, die die elektromagnetische Strahlung der Sonne in elektrische Energie umwandeln können. Solarthermische Energie entsteht also durch den thermodynamischen Prozess, der die elektromagnetischen Wellen der Sonne in Wärme umwandelt, die dann in Solarempfängern jeglicher Art gespeichert und in Strom umgewandelt wird.

Die Solarenergie ist eine Art elektromagnetische Energie, deren Eigenschaften gut bekannt sind und deren Funktionsweise man verstehen kann. Die Solarenergie stammt von der Sonne, die ihre Energie in Form von elektromagnetischen Wellen überträgt, die sich durch den Weltraum bewegen, bis sie die Erde erreichen.

Diese Energie wird von der Oberfläche von Sonnenkollektoren oder anderen Elementen aufgefangen, die in der Lage sind, elektromagnetische Energie in Wärme (thermische Solarenergie) oder Elektrizität umzuwandeln, um selbst Sonnenenergie zu werden (photovoltaische Solarenergie). Im Gegensatz dazu wird die photovoltaische Sonnenenergie von speziellen Halbleitern erzeugt, die in der Lage sind, Photonen in Elektrizität umzuwandeln.

Umwandlung in solarthermische Energie: Diese Art von Energie entsteht, wenn die elektromagnetische Energie der Sonne mit einem Gegenstand in Berührung kommt, der diese Energie in Form von Wärme speichern kann. Dieser Vorgang erfolgt spontan, da die Teilchen des Materials in Bewegung versetzt werden. Diese Wärme wird häufig zur Erzeugung von Wärme und zur Erwärmung von Wasser genutzt und kann in Systeme zur Erzeugung von elektrischem Strom einbezogen werden.

Umwandlung in photovoltaische Energie: Wie im vorhergehenden Szenario kommt die elektromagnetische Energie mit bestimmten Halbleiterplatten in Kontakt, die in der Lage sind, eine Potenzialdifferenz zu erzeugen, wenn ein Photon (elektromagnetisches Teilchen) auf ihre Oberfläche trifft. Diese Potenzialdifferenz ermöglicht die Erzeugung von elektrischer Energie.

Typ

Je nachdem, wie die Energie der Sonne zur Stromerzeugung genutzt wird, gibt es verschiedene Arten von Solarenergie. Diese sind im Folgenden aufgeführt:

Thermische Solarenergie

Diese Art von Solarenergie wird zur Erwärmung von Wasser für den privaten oder häuslichen Gebrauch unter Nutzung der Sonnenwärme verwendet.

Photovoltaische Solarenergie

Die photovoltaische Solarenergie ist wahrscheinlich die wichtigste Art der Solarenergie. Die in der Sonneneinstrahlung gesammelte Energie wird genutzt, um Strom zu erzeugen. Um dies zu ermöglichen, werden Halbleiterplatten oder andere spezielle Geräte eingesetzt.

Es sollte betont werden, dass die photovoltaische Solarenergie die anspruchsvollste und am weitesten verbreitete Art der Solarenergie ist.

Thermoelektrisches Hybridkraftwerk

Wie der Name schon sagt, wird bei der Hybrid-Solarenergie Strom aus mehr als einer Energiequelle erzeugt. Ein hybrides thermoelektrisches Kraftwerk, das sowohl Sonnenenergie als auch die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung nutzt, ist ein Beispiel dafür.

Konzentrierte solarthermische Kraftwerke

Bei der Solarthermie wird die gesamte Sonnenenergie auf einen kleinen Bereich konzentriert, um Wärme mit hoher Intensität zu erzeugen. Um dies zu erreichen, werden Spiegelpaneele eingesetzt, die die Energie auf den Standort des Hauptpaneels reflektieren.

Wind- und Solarenergie

Die solare Windenergie erzeugt Strom durch Einfangen der von der Sonne erwärmten Luft. Sie ist eine der jüngsten Formen der Solarenergie.

Verwendet

Die Solarenergie hat zahlreiche wichtige Anwendungen in der modernen Zivilisation, von denen einige im Folgenden aufgeführt werden:

  • Bei der Erzeugung von elektrischer Energie in Form von photovoltaischer Sonnenenergie.
  • Solarenergie erzeugt Wärme mit Hilfe von Systemen, die die thermische Energie der Sonne auffangen und an Fußbodenheizungen oder andere Heizgeräte für den privaten oder industriellen Gebrauch weiterleiten.
  • Viele Anlagen weltweit nutzen diese Technik, um sauberen und umweltfreundlichen Strom zu erzeugen.
  • In Form von Sonnenschein versorgt uns die Energie der Sonne den ganzen Tag über mit natürlicher Beleuchtung.
  • Sie ermöglicht das Aufladen der Batterien von elektronischen Geräten wie Telefonen, Tablets, Taschenrechnern und anderen mit Hilfe winziger Photovoltaikzellen.
  • Er wird zum Aufwärmen von Mahlzeiten verwendet, ohne dass Mikrowellenherde oder Erdgas benötigt werden.

Vorteile und Benachteiligungen

Die Solarenergie hat eine Reihe von Vorteilen, die hervorzuheben sind, aber auch eine Reihe von Einschränkungen in Form von Nachteilen.

Vorteile

  • Da es sich bei der Solarenergie um eine erneuerbare Energie handelt, werden durch ihre Nutzung und Verwertung die erneuerbaren Ressourcen der Erde nicht erschöpft.
  • Da bei der Solarenergie keine fossilen Brennstoffe verwendet werden, entstehen auch keine schädlichen Nebenprodukte.
  • Sie wird aus einer kostenlosen Energiequelle gewonnen, da die elektromagnetischen Wellen, die den Planeten Erde mit Wärme und Licht versorgen, von der Sonne ausgesandt werden.
  • Sie ermöglicht die Erzeugung verschiedener Energieformen, wie z. B. elektrischer und thermischer Energie, die für das heutige Leben von entscheidender Bedeutung sind.
  • Die Installation von Solaranlagen in Häusern hat oft einen hohen Wirkungsgrad bei der Energieerzeugung und Heizung, was die Kosten des herkömmlichen Energieverbrauchs erheblich senkt.
  • Ländliche Gemeinden und kleine Städte, die weit von Kraftwerken entfernt sind, können ihren Strom mit Hilfe von Solarzellen erzeugen.

Nachteile

  • Die anfänglichen Ausgaben für Solarenergieanlagen sind oft beträchtlich.
  • Um große Mengen elektrischer Energie zu erzeugen, sind ausgedehnte Flächen erforderlich, da die Installation von Solarmodulen eine direkte Sonneneinstrahlung erfordert.
  • Sie ist unregelmäßig, da sie vom Wetter, der Jahreszeit und dem Sonnenstand abhängt. Außerdem ist es nicht praktikabel, nachts Sonnenenergie zu gewinnen.
  • Obwohl sie bei der Stromerzeugung sehr effizient ist, erreicht sie nicht die Effizienz anderer Energiearten wie Wasserkraft oder Thermoelektrik.
  • Die Speicherung großer Mengen an Solarenergie ist mit erheblichen Einschränkungen verbunden.
  • An bewölkten Orten ohne längere Sonneneinstrahlung ist sie nicht kosteneffizient.

Mathematische Formel der Solarenergie

Die Menge an Sonnenenergie, die in Form von thermischer Solarenergie gesammelt werden kann, wird anhand der folgenden Formel geschätzt:

Q = k*t*S

Q = Wärmemenge in cal.

k = Koeffizient der Sonneneinstrahlung in Kalk

t = Dauer der direkten Sonneneinstrahlung in Minuten.

S = die exponierte Fläche in cm2.

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