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ENVIRONmENT & ENERGY
Wie funktioniert eine Fotovoltaikanlage? Vereinfacht gesagt:
eine Solarzelle «fängt» das Sonnenlicht auf. Das wichtigste
Bauteil einer Solarzelle ist der Halbleiter. Denn von ihm hängt
der zu erreichende Wirkungsgrad ab. Je nach Material fällt dieser
höher oder niedriger aus. Mehrere Solarzellen werden in
Reihen- oder Parallelschaltung zu einem Solarmodul zusammengesetzt.
Die Summe aller Solarmodule stellt den Solargenerator
dar.
Häufig findet man inzwischen fotovoltaische Anlagen auf
Dächern von Privathäusern, um den Eigenbedarf an elektrischer
Energie abzudecken. Nicht verbrauchte Energie wird in
das öffentliche Netz eingespeist. Aber auch im öffentlichen
Bereich treten Fotovoltaikanlagen immer mehr in den Mittelpunkt.
Stau-Sensoren, Anzeigetafeln oder Parkscheinautomaten
können mit Solarstrom häufig günstiger betrieben werden,
als es mit netzgebundener Energie möglich ist. In der
Satelliten- und Raumfahrttechnik ist die Fotovoltaik schon
lange nicht mehr verzichtbar.
Solarthermie – aus Sonnenlicht wird
Wärme
Durch Sonnenkollektoren kann Solarwärme gewonnen werden.
Die von der Sonne eingestrahlte Lichtenergie wird direkt
in Wärme umgewandelt. Neben der Sonnenstrahlung
wird dabei auch das Prinzip des Treibhauseffektes genutzt:
Glas ist für kurzwelliges Licht (eingestrahltes Licht) durchlässig,
für langwelliges Licht (reflektierendes Licht, Wärmestrahlung)
jedoch kaum. Die Wärme kann also gestaut werden.
Ebenso wie fotovoltaische Anlagen finden sich auf vielen Privathäusern
heutzutage Sonnenkollektor-Systeme. In vielen
Fällen können über das gesamte Jahr hinweg 80 bis 90 Prozent
des Warmwasserbedarfs abgedeckt werden.
Der Aufbau von solarthermischen Kraftwerken lohnt sich
Doch mehr als 95 Prozent des Wassers auf unserem Planeten
dagegen nur in Regionen mit intensiver Sonneneinstrahlung
sammelt sich in den Ozeanen. Dort schlummert ein enormes
(zum Beispiel in der US-amerikanischen Mojave-Wüste). Energiepotenzial, was zum grössten Teil noch nicht genutzt
Einen Sonderfall stellen Aufwindkraftwerke dar. werden Diese kann, nut- da entsprechende Techniken fehlen. Doch eizen
den Kaminzugeffekt und wandeln Lichtenergie nige indirekt Verfahren in sind bereits ausgereift und werden seit vielen
mechanische oder elektrische Energie um. Unter Jahren einer erfolgreich riesigen genutzt.
Kuppel mit transparenter Abdeckung erwärmt sich die Luft
(Treibhauseffekt). Durch einen zentralen Kamin Ein strömt Gezeitenkraftwerk die er- nutzt die Energie von Ebbe und Flut,
wärmte Luft nach oben und treibt dabei eine Windturbine den Tidenhub, mit aus. Mittels eines Wehrs wird ein Staubecken
angeschlossenem Generator an.
vom Meer abgetrennt. Die Wasserspiegeldifferenz wird zum
Antrieb von Wasserturbinen genutzt. Der Tidenhub beträgt
Wasserkraft – elektrische durchschnittlich circa einen Meter. Durch Meeresströmungen
und trichterförmige Küstenabschnitte kann er jedoch bis zu 20
Energie aus dem kühlen Nass
Meter erreichen. Die technisch sinnvolle Grenze zum Aufbau
Als Wasserkraft wird die Umwandlung von potenzieller eines Gezeitenkraftwerks und liegt bei einem regelmässigen Tiden-
kinetischer Energie in elektrische Energie bezeichnet. hub von drei Metern.
In vier grossen Speicherreservoirs befinden sich die Wasservorräte
der Erde: in den Ozeanen (97,6 Prozent), in den Eiskappen
an den Polen (1,9 Prozent), in Festlandgewässern (0,5
Windkraft –
Prozent) sowie in der Atmosphäre (0,001 Prozent). Zwischen
den Speichersystemen findet ein immerwährender elektrische Austausch Energie aus der Luft
statt. Global betrachtet besteht ein stabiler Kreislauf, Durch Windkraftanlagen auch wird Wind in elektrische Energie
wenn es zeitlich oder regional Ungleichgewichte transformiert. geben kann. Die Rotorblätter nutzen für die Umwandlung
der Bewegungsenergie in mechanische Energie das Auftriebs­
Für die Nutzung der Wasserkraft von Flüssen prinzip. sind drei Der Fak- Auftrieb ist abhängig von zwei Kräften: der Auftoren
von entscheidender Bedeutung: die Verdunstung, triebskraft der und der Widerstandskraft. Je unregelmässiger
Niederschlag und der Wasserabfluss. Der Nutzen die Oberfläche, eines Was- desto höher die Reibung des Windes an der
serkraftwerks, die erzeugbare Energiemenge bzw. Oberfläche elektrische und desto stärker die Verwirbelung des Windes
Leistung, lässt sich für jeden Standort aus Wassermengen-
und die Abnahme der Windenergie.
strom und Fallhöhe berechnen. Aufgrund der klimatischen
Bedingungen wird in Norwegen beispielsweise Die 90 Prozent optimale des Nutzung eines Windkonverters besteht dann,
Strombedarfs aus Wasserkraft gewonnen. Es wenn gibt eine die durch rela- die Rotorfläche geströmte Luft gerade noch
tiv hohe Menge an Niederschlag, die Verdunstung genug ist Energie gering zum Wegströmen besitzt, um keine Bremswir-
und an vielen Stellen erfolgt der Wasserabfluss kung mit zu einer entfalten. bedeutenden
Höhendifferenz. Optimale Voraussetzungen Die Bewegungsenergie für die der Erdluftmassen umfasst eine enorm
Nutzung der Wasserkraft.
hohe Leistung. Doch nur ein Bruchteil dieser Energie kann als
Windkraft genutzt werden. Die grösste Bewegungsenergie ist
Die Bedeutung der Wasserkraft in der Schweiz in ist nicht laut zu WWF erreichenden Luftschichten oder über den Ozeanen
beträchtlich. Die ausgeprägte Topografie und die zu finden. zahlreichen Die Nutzung der Windenergie ist seit Jahrhunderten
Gewässer bilden dabei gute Voraussetzungen bekannt. für die Strom- Während heute die Erzeugung elektrischer Energie
erzeugung aus Wasserkraft.
im Vordergrund steht, war früher die mechanische Nutzung
(Windmühlen) üblich. Der gewonnene Strom wird fast überwiegend
direkt in das Verbundnetz eingespeist, da die erzeugte
Energie nur mit erheblichem Aufwand gespeichert werden
könnte.
Die Nutzung der Windenergie befindet sich in der Schweiz
noch in der Anfangsphase. Die idealen Standorte befinden sich
vor allem auf windexponierten Kuppenlagen. So wurde zum
Beispiel auf dem Mont Crosin im Jura die grösste Schweizer
Windparkanlage erstellt.
Wie sieht die Zukunft aus?
Eine nachhaltige Energieversorgung ist in der Schweiz
möglich. Einheimische, erneuerbare Energiequellen können
dazu einen entscheidenden Beitrag liefern.
Die Schweiz besitzt mit der Wasserkraft einen traditionsreichen
und gewichtigen erneuerbaren Energieträger. Aber
auch die «neuen» erneuerbaren Energien Sonne, Holz, Biomasse,
Wind, Geothermie und Umgebungswärme haben einen zunehmenden
Anteil an der Energieversorgung in der Schweiz.
Die neuen erneuerbaren Energieträger tragen heute etwa 5,7
Prozent zur Deckung der gesamten Schweizer Energienachfrage
bei. 3,63 Prozent stammen aus Biomasse (Holz und Biogas),
1,22 Prozent aus Abfällen in Kehrichtverbrennungsanlagen.
Kleinere Anteile stammen aus der Umweltwärmenutzung
(0,64 Prozent), der Solarenergie (0,12 Prozent) und der Windenergie
(0,003 Prozent).
Die schweizerische Energiepolitik zielt mit der beschlossenen
kostendeckenden Einspeisevergütung darauf ab, den Anteil des
aus erneuerbaren Energien produzierten Stroms bis zum Jahr
2030 um 5400 GWh oder 10 Prozent des heutigen Schweizer
Stromverbrauchs zu erhöhen. Heute stammen rund 58 Prozent
der gesamten Schweizer Stromproduktion aus erneuerbaren
Quellen. Mit rund 97 Prozent stammt der Grossteil davon aus
Wasserkraftwerken.
Die Anfänge sind also gemacht, aber ein weiter Weg ist im Bereich
der erneuerbaren Energien noch zu gehen.
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