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power

ohne ende

Die Sonne ist die effizienteste Energiequelle, die wir nutzen können.

von Kay Dohnke  April 2017

7,4 Sekunden

Dieses bisschen Sonneneinstrahlung reicht aus, um den Weltenergiebedarf der Menschheit für den gesamten Tag zu stillen. Und könnten wir die ankommende Sonnenenergie eines kompletten Tages speichern, hätten wir genug Energie für 32 Jahre. Bereits diese Zahlen machen klar: Wir haben kein globales Energieproblem. Wir haben lediglich ein Problem, die im absoluten Überfluss vorhandene Energie in Strom oder Wärme zu verwandeln und klug zu nutzen. Und Solarenergie ist dabei nur eine von mehreren verfügbaren regenerativen Energiequellen.

 

Aber immerhin: Die Technologien, um regenerative Energiequellen zu nutzen, werden stetig besser – wenn auch anfangs nur sehr langsam. 1839 entdeckte Alexandre Edmond Becquerel, dass sich Sonneneinstrahlung direkt in elektrischen Strom umwandeln lässt. Doch es dauerte bis 1893, ehe die erste funktionsfähige photovoltaische Zelle konstruiert wurde, und erst in den 1980er-Jahren begann der globale Siegeszug solarer Energiegewinnung. Heute sind Solarkollektoren aus städtischer und dörflicher Umgebung sowie aus manchen Landschaften nicht mehr wegzudenken: Die bläulich schimmernden Solarmodule sind längst überall.

 

Der Löwenanteil solarer Energiegewinnung findet im Bereich der Photovoltaik statt. Auf flachen Modulen montierte Solarzellen wandeln unterschiedliche Sektoren des solaren Strahlenspektrums – vorrangig aus dem sichtbaren und niedrigen infraroten Bereich – direkt in Strom um, der live verbraucht oder ins Netz eingespeist wird. Siliziumbasierte Module sind kostengünstig in großer Zahl herzustellen und im Betrieb nahezu wartungsfrei – aber sie erreichen nur Wirkungsgrade von etwa 20 Prozent. Erstaunlich: Je stärker die Sonne ein Solarmodul erwärmt, desto niedriger wird die Stromausbeute.

300 KW

So viel leistete 1983 Europas größte Solarfarm – die stand nicht etwa im sonnigen Süden, sondern auf der Nordseeinsel Pellworm. Und 229 ist die Größe der Gesamtleistungskapazität der globalen Solarfarmen des Jahres 2016 – allerdings in Gigawatt. Das sind 229 Millionen Kilowatt, also fast das 765.000-Fache dessen, was einst auf dem Nordseeeiland gewonnen wurden. Der Pellwormer Park war zwei Fußballfelder groß, die derzeit projektierte größte Anlage in Nordwest-China mit zwei Gigawatt Kapazität wird für sechs Millionen Solarkollektoren 4.600 Hektar Fläche benötigen – mehr als auf ganz Pellworm (3.744 Hektar) Platz wäre. Siegeszug einer sauberen Stromerzeugungstechnologie.

 

Mit der fortschreitenden Leistungsverbesserung wächst automatisch die Fläche, auf der Photovoltaik wirtschaftlich genutzt werden kann. Moderne Solarmodule mit ihren hohen Wirkungsgraden können auch dort Strom erzeugen, wo es mit früheren Modulen ineffizient gewesen wäre. Und die technische Bandbreite für Solarzellen ist groß. Wissenschaftler arbeiten an Festkörper-Farbstoffsolarzellen, flexiblen Solarzellen-Folien oder transparenten Modulen, die auf Gebäudeoberflächen und Fenstern angebracht werden können. Elon Musks Unternehmen Tesla bringt neben exklusiven Elektromobilen und Stromspeichern bald auch solare Dachziegel auf den Markt. Was nach gewöhnlichen Schindeln aussieht, sind viele kleine Stromerzeuger. Solare Stromerzeugung ist auf dem besten Weg, sich unsichtbar zu machen – unverzichtbar ist sie schon längst.

1. Longyangxia Dam Solar Park, Qinghai/China 850 MW

2. Kamuthi, Tamil Nadu/Indien 648 MW

3. Solar Star I und II, Kalifornien/USA 579 MW

4. Huanghe Golmud Solar Park, Qinghai/China (Zielgröße) 560 MW

5. Desert Sunlight Solar Farm, Kalifornien/USA 550 MW

6. Topaz Solar Farm, Kalifornien/USA 550 MW

7. Charanka Solar Park, Gujarat/Indien (Zielgröße) 500 MW

8. Copper Mountain Solar Facility, Nevada/USA 458 MW

9. Ivanpah Solar Power Facility, Kalifornien/USA 392 MW

10. Agua Caliente Solar Project, Arizona/USA 392 MW

Rekordanlagen in Bau bzw. Planung

1. Ningxia Solar Project, China 2.000 MW

2. Ouarzazate, Marokko (teils im Betrieb, teils im Bau) 580 MW

Die 10 größten Solaranlagen

In kaum einem anderen Technologiebereich gibt es so schnell neue Rekordmeldungen wie bei Solaranlagen. Im Frühjahr 2017 waren folgende zehn Anlagen die leistungsstärksten der Welt. Die Werte beziehen sich auf die maximal mögliche Leistung (Zielgröße: Ausbaukapazität nach aktueller, fast abgeschlossener Erweiterung).

1.200 Grad

So hoch ist die Spitzentemperatur in Celsius, die mit der zweiten effizienten Solartechnologie erreicht werden kann: Bei der Solarthermie wird die Wärme des Sonnenlichts durch optische Verstärker auf ein Vielfaches konzentriert. Spektakulär sind die Sonnentürme, in deren Spitze das Licht von vielen Hundert Spiegeln gebündelt wird. Diese beweglichen Spiegel können viele Stunden am Tag Hoch- und Höchsttemperaturen erzeugen. Damit verdampfte Flüssigkeiten treiben dann zur Stromerzeugung Turbinen an oder werden für Beheizung, solare Kühlung oder Trinkwasseraufbereitung eingesetzt.

 

Andere Sonnenkraftwerk-Typen arbeiten mit Parabolrinnenspiegeln oder schüsselförmigen Spiegelsystemen. Solche Großanlagen sind teuer und wartungsintensiv, erreichen aber Wirkungsgrade bis 85 Prozent. Ein besonderer Vorteil der Solarthermie ist ihre Grundlastfähigkeit: Tagsüber erzeugte Wärme wird in Flüssigsalzspeichern vorrätig gehalten und nachts zur Stromerzeugung genutzt. So leistet das 2011 in Betrieb genommene Solarturm-Kraftwerk von Gemasolar in Andalusien nicht nur 19,9 Megawatt, sondern kann die auf bis zu 565 Grad konzentrierte Sonnenhitze bis zu 15 Stunden lang in einem Flüssigsalzspeicher bereithalten.

4,4 Prozent

Ein kläglicher Anteil: Gerade einmal 4,4 Prozent der 2016 existierenden 229 Gigawatt Solarkapazität entfielen auf Solarthermie-Anlagen. Aus leicht erklärlichen Gründen: Photovoltaik ist ein Paradebeispiel dafür, wie ökonomische Konditionen die Zukunft ökologischer Technologien beeinflussen. Der rapide Preisverfall für Solarmodule in Kombination mit öffentlicher Förderung bzw. Einspeisevergütungen begünstigte den Boom der Photovoltaik – viele Immobilienbesitzer konnten mit ihrem Umweltbewusstsein plötzlich Geld verdienen. Das Ergebnis: ein massiver Zubau, in vielen Ländern politisch gewollt und staatlich gefördert. Die Schattenseite: Investitionen in die deutlich effizientere Solarthermie blieben aus.

46 Prozent

So hoch ist der Wirkungsgrad der bislang leistungsfähigsten Solarzelle, die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg 2014 zusammen mit französischen Partnern entwickelt haben. Die Vierfachsolarzelle kann die Photonen im Wellenlängenbereich zwischen 200 und 1750 nm in elektrische Energie umwandeln. Zudem wird das Sonnenlicht mittels Speziallinsen auf kleinem Raum konzentriert. Bei der Rekordlinse gelang die 508-fache Bündelung des einfallenden Lichts. Mehrschichtlinsen, die unterschiedliche Wellenbereiche des Sonnenlichts nutzen, sind derzeit der Schlüssel zur Effizienzsteigerung in der Photovoltaik. Allerdings: Die weitverbreiteten Siliziumzellen mit Wirkungsgraden von nur rund 20 Prozent sind deutlich kostengünstiger herzustellen als Hightech-Rekordlinsen und daher aktuell rentabler.

Solarland Brandenburg

Deutschland ist das „größte“ Solarland der Welt (siehe nächste Seite). Und sieben der zehn größten deutschen Solaranlagen stehen in Brandenburg. Sie haben zusammen eine Leistung von 895,4 MW (entspricht einem mittelgroßen Atomkraftwerk). 246 MW davon liefert die deutsche Nummer eins, der Solarkomplex Senftenberg.

Die Top-10-Solarländer

1.

Deutschland

38.250 Megawatt

6.

Frankreich

5.678 MW

2.

China

28.330 MW

7.

Spanien

5.376 MW

3.

Japan

23.409 MW

8.

Australien

4.130 MW

4.

Italien

18.622 MW

9.

Belgien

3.156 MW

5.

USA

18.317 MW

10.

Südkorea

2.398 MW

Quelle: International Energy Agency

1,3 Mio.

So viele E-Fahrzeuge waren 2016 weltweit angemeldet, und alle könnten mit Solarenergie und Windstrom fahren. 1,3 Millionen – bei einem globalen Bestand von 1,2 Milliarden Autos wirkt die Zahl so überschaubar wie die Pellwormer Solaranlage in der Rückschau. Aber auch hier sind den Konzepten der Entwickler kaum Grenzen gesetzt: Solar gespeiste Oberleitungssysteme für Busse oder Lkw und Stromtankstellen mit Schnellladeanschlüssen werden bereits praktisch betrieben. Der Aufbruch in Richtung E-Mobilität ist global – in Asien konkurrieren verschiedene Konzepte für elektrisch betriebene Rikschas darum, den Nahverkehr in Metropolen emissionsärmer zu machen. In China fahren gleich mehrere Hersteller von E-Autos ihre Produktion hoch, um den Smog in den Megastädten beherrschbar zu machen. Zukunftsstudien prognostizieren für 2035 die Zahl von bis zu 150 Millionen E-Fahrzeugen, die weltweit unterwegs sein werden.

 

Ihr Fahrstrom dürfte entweder aus einer Batterie oder einer Brennstoffzelle stammen – und für beides könnte Solarenergie die Ausgangsbasis sein. Mittels altbewährter Elektrolyse kann Solarstrom nämlich Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Dieses „Power-to-Gas“-Verfahren wird bereits praktisch umgesetzt – den so erzeugten Wasserstoff wandeln Brennstoffzellen in Fahrstrom für E-Motoren um. Und niederländische Forscher haben eine Solarzelle aus Galliumphosphid entwickelt, die sogar direkt Wasserstoff produzieren kann.

 

Da regenerativ erzeugter Strom – „Power-to-Gas“ funktioniert auch mit Windstrom – und Wasser in unerschöpflichen Mengen verfügbar sind, könnten Autos mit Brennstoffzellenantrieb auch nach dem Ende des Öls weiter rollen. Und wird der Wasserstoff mit CO₂ methanisiert, entsteht synthetisches Erdgas – damit lassen sich umgerüstete Verbrennungsmotoren klimaneutral antreiben, da nur so viel CO₂ emittiert wird, wie vorher im Herstellungsprozess zugefügt wurde.

 

Doch die Sonne kann noch mehr – wandelt man ihre Energie entsprechend um, können sogar klassische Verbrennungsmotoren mit Solarenergie betankt werden: Im „Power-to-Liquids“-Verfahren reagieren zuerst CO₂ und Wasser mithilfe von Solarstrom zu einem Synthesegas, aus dem sich dann Benzin, Diesel oder Kerosin produzieren lassen. Das Verfahren ist sehr energieaufwendig, erzeugt aber sehr saubere Treibstoffe. Ein in der Schweiz entwickeltes Verfahren umgeht den Einsatz von Solarstrom, indem es die immense solare Wärme nach dem Prinzip eines Sonnenkraftwerks für ihren Syntheseprozess nutzt. Auch hier entstehen aus CO₂ und Wasser mithilfe eines speziellen Katalysators Kohlenwasserstoffe als Bausteine für umweltneutrale Flüssigtreibstoffe.

Immer der Sonne nach

In vielen Solarkraftwerken kommen Lager und Technologien von Schaeffler zum Einsatz. Ein Blick auf die spanische Anlage Andasol zeigt, welche Vorteile sie bieten.

 

Das Solar-Kraftwerk Andarsol1.248 Gelenkköpfe haben dort die Aufgabe, die mehreren Hundert hydraulisch verstellbaren Parabolrinnen zu stützen, zu positionieren und der Sonne kontinuierlich nachzuführen. Gleitlager sind optimal für die langsamen und präzisen Schwenkbewegungen geeignet. Sie nehmen hohe Kräfte auf und sind sowohl für hohe einseitige, aber auch für wechselnde Belastungen geeignet, zum Beispiel infolge sich ändernder Windrichtungen. Damit können die 150 Meter langen Kollektorstränge mit einer Genauigkeit von Zehntelmillimetern dem Ost-West-Tagesverlauf der Sonne nachgeführt werden. Die Gelenkköpfe sind mit manganphosphatierten Radial-Gelenklagern mit Stahl/Stahl-Gleitpaarungen  ausgerüstet. Diese besondere Oberflächenbehandlung schützt das Material vor Verschleiß und verringert die Reibung. Der 70 Millimeter breite Innenring der Gelenklager hat eine zylindrische Bohrung mit 110 Millimeter Durchmesser und eine kugelige Außengleitbahn, während der 160 Millimeter große Außenring eine zylindrische Mantelfläche und eine hohlkugelige Innengleitbahn mit 140 Millimeter Durchmesser hat. Die Schaeffler-Beiträge für Andasol werden komplettiert durch 7.488 umweltfreundliche Gleitstreifen aus dem Sortiment der Metall-Polymer-Verbundgleitlager. Sie sorgen in den Stützen zwischen den einzelnen Segmenten der immerhin 150 Meter langen Kollektorstränge für reibungsarmes Schwenken beim Nachführen.

Der Autor

In den Siebzigern die Auseinandersetzungen um das AKW Brokdorf miterleben und jetzt der Energiewende gegenüber gleichgültig bleiben? „Geht gar nicht!“, findet der in Itzehoe geborene freie Journalist Kay Dohnke. Und ist froh, mit erneuerbaren Energien einen Themenbereich zu bearbeiten, der so nachhaltig wie zukunftsfähig ist.

Fotos Drafter123/Getty, Schaeffler

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Gut zu wissen

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Die Online-Version des Technologiemagazins von Schaeffler

In kaum einem anderen Technologiebereich gibt es so schnell neue Rekordmeldungen wie bei Solaranlagen. Im Frühjahr 2017 waren folgende zehn Anlagen die leistungsstärksten der Welt. Die Werte beziehen sich auf die maximal mögliche Leistung (Zielgröße: Ausbaukapazität nach aktueller, fast abgeschlossener Erweiterung).

1. Longyangxia Dam Solar Park, Qinghai/China 850 MW

2. Kamuthi, Tamil Nadu/Indien 648 MW

3. Solar Star I und II, Kalifornien/USA 579 MW

4. Huanghe Golmud Solar Park, Qinghai/China (Zielgröße) 560 MW

5. Desert Sunlight Solar Farm, Kalifornien/USA 550 MW

6. Topaz Solar Farm, Kalifornien/USA 550 MW

7. Charanka Solar Park, Gujarat/Indien (Zielgröße) 500 MW

8. Copper Mountain Solar Facility, Nevada/USA 458 MW

9. Ivanpah Solar Power Facility, Kalifornien/USA 392 MW

10. Agua Caliente Solar Project, Arizona/USA 392 MW

Rekordanlagen in Bau bzw. Planung

1. Ningxia Solar Project, China 2.000 MW

2. Ouarzazate, Marokko (teils im Betrieb, teils im Bau) 580 MW

Die 10 größten Solaranlagen

Die 10 größten Solaranlagen

In kaum einem anderen Technologiebereich gibt es so schnell neue Rekordmeldungen wie bei Solaranlagen. Im Frühjahr 2017 waren folgende zehn Anlagen die leistungsstärksten der Welt. Die Werte beziehen sich auf die maximal mögliche Leistung (Zielgröße: Ausbaukapazität nach aktueller, fast abgeschlossener Erweiterung).

1. Longyangxia Dam Solar Park,

Qinghai/China

850 MW

 

2. Kamuthi,

Tamil Nadu/Indien

648 MW

 

3. Solar Star I und II,

Kalifornien/USA

579 MW

 

4. Huanghe Golmud Solar Park,

Qinghai/China

(Zielgröße) 560 MW

 

5. Desert Sunlight Solar Farm,

Kalifornien/USA

550 MW

 

6. Topaz Solar Farm,

Kalifornien/USA

550 MW

 

7. Charanka Solar Park,

Gujarat/Indien

(Zielgröße) 500 MW

 

8. Copper Mountain Solar Facility,

Nevada/USA

458 MW

 

9. Ivanpah Solar Power Facility,

Kalifornien/USA

392 MW

 

10. Agua Caliente Solar Project,

Arizona/USA

392 MW

Rekordanlagen

in Bau bzw. Planung

1. Ningxia Solar Project,

China

2.000 MW

 

2. Ouarzazate,

Marokko (teils im Betrieb, teils im Bau)

580 MW

Die 10 größten Solaranlagen

1.

Deutschland

38.250 Megawatt

2.

China

28.330 MW

3.

 Japan

23.409 MW

4.

Italien

18.622 MW

5.

USA

18.317 MW

6.

Frankreich

5.678 MW

7.

Spanien

5.376 MW

8.

Australien

4.130 MW

9.

 Belgien

3.156 MW

10.

Südkorea

2.398 MW

Quelle: International Energy Agency

von Kay Dohnke  April 2017

Die 10 größten Solaranlagen

In kaum einem anderen Technologiebereich gibt es so schnell neue Rekordmeldungen wie bei Solaranlagen. Im Frühjahr 2017 waren folgende zehn Anlagen die leistungsstärksten der Welt. Die Werte beziehen sich auf die maximal mögliche Leistung (Zielgröße: Ausbaukapazität nach aktueller, fast abgeschlossener Erweiterung).

  •  

    1. Longyangxia Dam Solar Park,

    Qinghai/China

    850 MW

     

    2. Kamuthi,

    Tamil Nadu/Indien

    648 MW

     

    3. Solar Star I und II,

    Kalifornien/USA

    579 MW

     

    4. Huanghe Golmud Solar Park,

    Qinghai/China

    Zielgröße) 560 MW

     

    5. Desert Sunlight Solar Farm,

    Kalifornien/USA

    550 MW

     

    6. Topaz Solar Farm,

    Kalifornien/USA

    550 MW

     

    7. Charanka Solar Park,

    Gujarat/Indien

    (Zielgröße) 500 MW

     

    8. Copper Mountain Solar Facility,

    Nevada/USA

    458 MW

     

    9. Ivanpah Solar Power Facility,

    Kalifornien/USA

    392 MW

     

    10. Agua Caliente Solar Project,

    Arizona/USA

    392 MW

     

     

     

    Rekordanlagen in Bau bzw. Planung

     

    1. Ningxia Solar Project, China

    850 MW

     

    2. Ouarzazate, Marokko

    (teils im Betrieb, teils im Bau)

    648 MW

Solarland Brandenburg

 

Deutschland ist das „größte“ Solarland der Welt (siehe nächste Seite). Und sieben der zehn größten deutschen Solaranlagen stehen in Brandenburg. Sie haben zusammen eine Leistung von 895,4 MW (entspricht einem mittelgroßen Atomkraftwerk). 246 MW davon liefert die deutsche Nummer eins, der Solarkomplex Senftenberg.

Die Top-10-Solarländer

  •  

    1.  Deutschland

    38.250 Megawatt

     

     

     

    2. China

    28.330 MW

     

     

     

    3. Japan

    23.409 MW

     

     

     

    4. Italien

    18.622 MW

     

     

     

    5. USA

    18.317 MW

     

     

     

    6. Frankreich

    5.678 MW

     

     

     

    7. Spanien

    5.376 MW

     

     

     

    8. Australien

    4.130 MW

     

     

     

    9. Belgien

    3.156 MW

     

     

     

    10. Südkorea

    2.398 MW

     

    Quelle: International Energy Agency

Immer der Sonne nach

In vielen Solarkraftwerken kommen Lager und Technologien von Schaeffler zum Einsatz. Ein Blick auf die spanische Anlage Andasol zeigt, welche Vorteile sie bieten.

  •  

    1.248 Gelenkköpfe haben dort die Aufgabe, die mehreren Hundert hydraulisch verstellbaren Parabolrinnen zu stützen, zu positionieren und der Sonne kontinuierlich nachzuführen. Gleitlager sind optimal für die langsamen und präzisen Schwenkbewegungen geeignet. Sie nehmen hohe Kräfte auf und sind sowohl für hohe einseitige, aber auch für wechselnde Belastungen geeignet, zum Beispiel infolge sich ändernder Windrichtungen. Damit können die 150 Meter langen Kollektorstränge mit einer Genauigkeit von Zehntelmillimetern dem Ost-West-Tagesverlauf der Sonne nachgeführt werden. Die Gelenkköpfe sind mit manganphosphatierten Radial-Gelenklagern mit Stahl/Stahl-Gleitpaarungen  ausgerüstet. Diese besondere Oberflächenbehandlung schützt das Material vor Verschleiß und verringert die Reibung. Der 70 Millimeter breite Innenring der Gelenklager hat eine zylindrische Bohrung mit 110 Millimeter Durchmesser und eine kugelige Außengleitbahn, während der 160 Millimeter große Außenring eine zylindrische Mantelfläche und eine hohlkugelige Innengleitbahn mit 140 Millimeter Durchmesser hat. Die Schaeffler-Beiträge für Andasol werden komplettiert durch 7.488 umweltfreundliche Gleitstreifen aus dem Sortiment der Metall-Polymer-Verbundgleitlager. Sie sorgen in den Stützen zwischen den einzelnen Segmenten der immerhin 150 Meter langen Kollektorstränge für reibungsarmes Schwenken beim Nachführen.

     

    Das Solar-Kraftwerk Andarsol

    Der 70 Millimeter breite Innenring der Gelenklager hat eine zylindrische Bohrung mit 110 Millimeter Durchmesser und eine kugelige Außengleitbahn, während der 160 Millimeter große Außenring eine zylindrische Mantelfläche und eine hohlkugelige Innengleitbahn mit 140 Millimeter Durchmesser hat. Die Schaeffler-Beiträge für Andasol werden komplettiert durch 7.488 umweltfreundliche Gleitstreifen aus dem Sortiment der Metall-Polymer-Verbundgleitlager. Sie sorgen in den Stützen zwischen den einzelnen Segmenten der immerhin 150 Meter langen Kollektorstränge für reibungsarmes Schwenken beim Nachführen.

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