Über Solarenergie : Solarenergie-Definition

Solarenergie erzeugt erneuerbaren oder "grünen" Strom, indem sie das Licht und die Wärme der Sonne nutzt.

Sonnenkollektoren, auch Photovoltaikzellen genannt, sind die gebräuchlichste Art, Sonnenenergie zu nutzen.

Sie sind in Solarkraftwerken fast dicht an dicht, um das Sonnenlicht in weiten Feldern einzufangen.

Sie finden sie gelegentlich auf Gebäuden.

Halbleitermaterialien werden verwendet, um die Zellen herzustellen.

Die Sonnenstrahlen befreien Elektronen aus ihren Atomen, wenn sie auf die Zellen treffen.

Dadurch können Elektronen frei durch die Zelle fließen, was zur Erzeugung von Elektrizität führt.

Sonnenkollektoren können in einem viel größeren Maßstab gleichzeitig Strom für Tausende von Menschen erzeugen.

Solarthermische Kraftwerke nutzen verschiedene Methoden, um Strom aus der Sonne zu erzeugen.

Die Sonnenenergie wird zum Kochen von Wasser genutzt, das dann eine Dampfturbine antreibt, die ähnlich wie Kohle- oder Atomkraftwerke Strom erzeugt.

Solartechnologien

Solarenergie kann mit drei verschiedenen Technologien genutzt werden:

1. Photovoltaik (PV), die Licht direkt in Strom umwandelt.

2. Konzentrierende Solarenergie (CSP), die solarthermische Energie nutzt, um große elektrische Turbinen anzutreiben.

3. Solare Heiz- und Kühlsysteme (SHC), die thermische Energie sammeln und zum Heizen oder Kühlen von Wasser und Luft verwenden.

Photovoltaik (PV)

Photovoltaik (PV) Sonnenenergie setzt Elektronen in diesen Materialien frei, die dann dazu gebracht werden können, sich durch einen Stromkreis, den Betrieb von Geräten oder die Übertragung von Elektrizität in das Netz zu bewegen.

PV-Geräte können verwendet werden, um alles von Taschenrechnern bis hin zu Straßenschildern sowie Haushalten und großen Handelsunternehmen mit Strom zu versorgen.

Wie funktioniert Photovoltaik (PV)-Technologie?

Photonen ionisieren das Halbleitermaterial auf dem Solarpanel, wodurch äußere Elektronen ihre Atombindungen brechen.

Die Elektronen werden von der Halbleiterstruktur in eine Richtung getrieben, wodurch ein elektrischer Stromfluss entsteht.

Solarzellen aus kristallinem Silizium sind nicht 100% effizient, auch weil nur bestimmte Wellenlängen des Lichts absorbiert werden können.

Ein Teil des Lichtspektrums wird reflektiert, während andere (Infrarot) zu schwach sind, um Strom zu erzeugen, und wieder andere (Ultraviolett) erzeugen Wärmeenergie statt Strom.

Photovoltaik in anderen Formen

Neben dem kristallinen Silizium (c-Si) gibt es zwei Grundformen der PV-Technologie:

• Dünnschicht-PV ist ein winziges, aber schnell wachsendes Segment des kommerziellen Solargeschäfts.

  Viele Dünnschichtunternehmen sind Start-ups, die mit neuen Technologien experimentieren.

  Sie sind weniger effizient als c-Si-Module, obwohl sie oft kostengünstiger sind.

  Konzentrierende PV-Anlagen sind hauptsächlich in der Wüste im Südwesten der Vereinigten Staaten zu finden.

  Sie reflektieren konzentrierte Sonnenenergie über Linsen und Spiegel auf hocheffiziente Zellen.

• Gebäudeintegrierte Photovoltaik

fungieren als äußere Schicht des Bauwerks und erzeugen Strom für den Eigenverbrauch oder die Einspeisung ins Netz.

Sie benötigen direkte Sonneneinstrahlung und Tracking-Geräte, um am erfolgreichsten zu sein.

BIPV-Systeme können Geld für Material und Strom sparen, die Umweltverschmutzung reduzieren und die Ästhetik eines Gebäudes verbessern.

Konzentrierende Solarenergie (CSP)

CSP-Anlagen verwenden Spiegel, um die Sonnenenergie zu konzentrieren, die dann verwendet wird, um traditionelle Dampfturbinen oder sogar Motoren zur Stromerzeugung anzutreiben.

Die konzentrierte thermische Energie einer CSP-Anlage kann gespeichert und zur Stromerzeugung genutzt werden, wann immer sie benötigt wird, Tag und Nacht.

In den Vereinigten Staaten sind derzeit etwa 1.815 Megawatt (MWac) an CSP-Anlagen in Betrieb.

Parabolrinne

Gebogene Spiegel fokussieren die Sonnenenergie auf ein Empfängerrohr, das bei Parabolrinnensystemen in der Mitte der Rinne arbeitet.

Eine Hochtemperatur-Wärmeübertragungsflüssigkeit (wie synthetisches Öl) absorbiert die Sonnenenergie im Empfängerrohr, erhitzt Wasser und erzeugt Dampf, indem sie bei Temperaturen von 750 °F oder höheren Temperaturen durch einen Wärmetauscher geleitet wird.

Zur Stromerzeugung treibt der Dampf ein traditionelles Dampfturbinenkraftwerk an.

Tausende von parallelen Reihen der Tröge, die als Schleifenreihe verbunden sind, sind auf der Nord-Süd-Achse positioniert, so dass die Tröge in einem typischen Sonnenkollektorfeld der Sonne von Ost nach West folgen können.

Einzelne Kollektormodule reichen in der Höhe von 15-20 Fuß bis 300-450 Fuß.

Kompakter linearer Fresnel-Reflektor

CLFR basiert auf Technologien mit gekrümmten Spiegelwannen, jedoch mit langen parallelen Reihen kostengünstigerer flacher Spiegel.

Die Sonnenenergie wird auf erhöhte Empfänger fokussiert, die aus der Struktur von Röhren bestehen, durch die Wasser fließt.

Das konzentrierte Sonnenlicht kann das Wasser zum Kochen bringen, wodurch Hochdruckdampf entsteht, der direkt in Kraftwerken und industriellen Dampfanwendungen verwendet werden kann.

Stromturm

In Power Tower-Systemen wird ein zentrales Empfängersystem verwendet, das höhere Betriebstemperaturen und folglich eine höhere Effizienz ermöglicht.

Die Sonne wird von computergesteuerten Spiegeln (Heliostaten) entlang zweier Achsen nachgeführt, die die Sonnenenergie auf den Empfänger an der Spitze eines hohen Turms bündeln.

Die konzentrierte Energie wird verwendet, um die Übertragungsflüssigkeit auf über 1.000 Grad Fahrenheit zu erhitzen, um Dampf zu erzeugen und einen zentralen Stromgenerator anzutreiben.

Diese Projekte können problemlos und kostengünstig Energiespeicher integrieren, die eine 24-Stunden-Stromerzeugung ermöglichen.

Dish-Engine

Die Oberfläche einer Parabolschüssel ist mit Spiegeln bedeckt, die das Sonnenlicht auf den im Brennpunkt fixierten Empfänger bündeln.

Im Gegensatz zu anderen CSP-Technologien, die Dampf verwenden, um über die Turbine Strom zu erzeugen, treibt dieses Dish-Engine-System einen Motor an, der ein Arbeitsfluid wie Wasserstoff verwendet, das im Receiver auf 1.200 ° F erhitzt wird.

Um der Sonne zu folgen, dreht sich jede Schüssel um zwei Achsen.

Die wichtigsten Anforderungen an die konzentrierenden Solarkraftwerke

• Finanzierung – Die Projektfinanzierung ist der schwierigste Aspekt jeder energieerzeugenden Infrastruktur im Versorgungsmaßstab, einschließlich CSP.

• Gebiete mit hoher Sonneneinstrahlung - Die Energie der Sonne sollte nicht zu gestreut sein, um sie zu fokussieren.

  Um dies zu bestimmen, wird eine direkte normale Intensität (DNI) der Sonnenenergie verwendet.

• Angrenzende Landstriche mit geringer Wolkendecke – CSP-Anlagen ab 100 MW Leistung arbeiten am effizientesten und damit kostengünstigsten.

  Während die benötigte Landfläche je nach Technologie variiert, benötigt eine typische CSP-Anlage 5 bis 10 Acres pro MW Kapazität.

  Durch die größere Landfläche ist eine thermische Energiespeicherung möglich.

• Wasserressourcen - Wie ähnliche Wärmekraftwerke wie Kohle, Erdgas und Kernenergie benötigen die meisten CSP-Systeme Wasser zur Kühlung.

  Zur Reinigung der Auffang- und Spiegelflächen wird nur wenig Wasser benötigt.

  CSP-Anlagen können Nass-, Trocken- und Hybridkühlsysteme verwenden, um die Effizienz bei der Stromerzeugung und Wassereinsparung zu verbessern.

• Verfügbarer und naher Übertragungszugang - CSP-Anlagen müssen auf einem geeigneten Terrain für die Stromerzeugung errichtet werden und einen ausreichenden Zugang zu einem schnell überlasteten und veralteten Übertragungsnetz haben.

  Der Bau von Solarkraftwerken im Versorgermaßstab erfordert die Zugänglichkeit zu hochleistungsfähigen Übertragungsleitungen, um Strom vom Solarkraftwerk zu den Endverbrauchern zu transportieren.

  Ein Großteil des bestehenden Übertragungsnetzes im Südwesten ist ausgelastet, und neue Übertragungen werden dringend benötigt.

SHC-Systeme (Solar Heating and Cooling) sind eine Art von solaren Heiz- und Kühlsystemen.

Solare Heiz- und Kühlsysteme (SHC) erfassen die Wärmeenergie der Sonne und verwenden sie zur Erzeugung von Warmwasser, Raumheizung, Kühlung und Poolheizung in Wohn-, Gewerbe- und Industrieumgebungen.

Strom und Erdgas werden durch diese Technologien nicht mehr benötigt.

Solare Heiz- und Kühllösungen werden weltweit hergestellt und installiert, wodurch unsere Abhängigkeit von importierten Brennstoffen drastisch reduziert wird.

Um diesen schnell wachsenden, arbeitsplatzschaffenden Sektor auszubauen, brauchen die Regierungen eine kluge Politik.

Solarenergiespeicher

Sonnenkollektoren haben einen Nachteil, dem selbst die enthusiastischsten Solar-Evangelisten zustimmen können: Sie erzeugen nur Strom, wenn die Sonne scheint.

Andererseits tritt der Spitzenenergieverbrauch in den Nächten auf, was mit einer geringeren Solarerzeugung zusammenfällt und zu einem Angebots- und Nachfrageproblem führt.

Auf der anderen Seite produzieren Sonnenkollektoren in bedarfsschwachen Stunden, wenn die Sonne scheint, häufig genug Energie, um den Spitzenbedarf am Tag zu decken.

Dies bedeutet, dass eine effektive Solarenergiespeicherung sowohl Hausbesitzern als auch Unternehmen eine Vielzahl von Vorteilen bieten kann.

Dieser Artikel soll die Vorteile der Solarenergiespeicherung behandeln, wie sie funktioniert und wie sie helfen könnte.

Was sind die Vorteile von Solarenergiespeichern?

Die Speicherung überschüssiger Energie ist entscheidend, um das Maximum aus dem Solarpanel-System herauszuholen.

Dies kann zu Kosteneinsparungen, effektiveren Energienetzen und geringeren Emissionen fossiler Brennstoffe führen.

Die Speicherung von Solarenergie hat mehrere Vorteile:

1. Elektrischer Lastausgleich

Wird Strom nicht gespeichert, muss er unmittelbar nach der Erzeugung verbraucht werden.

Die Energiespeicherung ermöglicht die Speicherung von Überschusserzeugung für Spitzenbedarf.

Wenn es um erneuerbare Energien geht, bedeutet die Speicherung von überschüssigem Strom, dass die Lichter auch dann an bleiben können, wenn die Sonne untergeht oder der Wind aufhört zu wehen.

Vereinfacht gesagt ermöglicht die Energiespeicherung einen Energiespeicher, der bei geringer Nachfrage und hoher Erzeugung aufgeladen und bei steigender Nachfrage und sinkender Erzeugung wieder freigegeben wird.

2. Ausfüllen der Lücken.

Die kurzfristige Speicherung von Solarenergie sorgt für einen stetigen Energiefluss bei Generatorausfällen wie routinemäßigen Wartungsarbeiten oder vorbeiziehenden Wolken.

3. Energiebelastbarkeit.

Von Waldbränden bis hin zu extremen Stürmen ist das Stromnetz anfällig für Störungen und Ausfälle.

Durch die Dezentralisierung, wo wir unsere Energie beziehen, bietet die Solarenergiespeicherung eine schützende Blase bei katastrophalen Ereignissen.

Wie speichert man Sonnenenergie am besten?

Die Speicherung von Sonnenenergie kann in drei Teile eingeteilt werden: thermisch, batteriebetrieben und mechanisch.

Schauen wir uns jeden einzeln an.

Was ist Wärmespeicherung?

Thermische Energiespeicher absorbieren und speichern Sonnenwärme mit einer Vielzahl von Materialien wie Wasser oder geschmolzenem Salz.

Dieses erhitzte Medium wird im isolierten Tank aufbewahrt, bis es verwendet wird, normalerweise zum Kochen von Wasser zur Energieerzeugung.

Was ist Batteriespeicher?

Elektrochemische Batterien können auch verwendet werden, um Sonnenenergie zu speichern.

Wenn Sonnenenergie in eine Batterie eingespeist wird, wird die Energie durch einen chemischen Prozess zwischen den Batteriekomponenten gespeichert.

Wenn die Batterie leer ist, wird die Reaktion umgekehrt, sodass der Strom die Batterie verlassen kann.

Lithium-Ionen-Batterien sind der am weitesten verbreitete Batterietyp, der in Solaranwendungen verwendet wird, und die neue Batterietechnologie entwickelt sich schnell, was billigere, zusätzliche skalierbare Batteriespeicherlösungen verspricht.

Bis 2025 wird die jährliche Energiespeicherung im Vereinigten Königreich voraussichtlich fast 7,5 GW erreichen, eine Versechsfachung gegenüber 2020 und einen Marktwert von über 7,3 Milliarden US-Dollar.

Was ist mechanische Lagerung?

Zur Stromerzeugung nutzt ein mechanischer Energiespeicher die prospektive Energie eines Objekts.

Überschüssige elektrische Leistung wird in mechanische Leistung umgewandelt, die dann zur späteren Verwendung wieder in Leistung umgewandelt wird.

Mechanische Energiespeicher werden in drei Kategorien eingeteilt:

• Schwungrad. Dieser Ansatz nutzt überschüssige Leistung, um das Schwungrad zu drehen, das dann Strom erzeugt, um den Spitzenbedarf zu decken.

• Gepumpte Wasserkraft. Wasser wird in Pumpspeicherkraftwerken nach oben zu einem Reservoir über Turbinengeneratoren gepumpt.

  Bei hohem Strombedarf darf das Wasser durch Turbinen laufen und Strom erzeugen.

• Druckluft. Mit dieser Energiespeichertechnologie wird Druckluft in riesige Behälter wie Tanks oder unterirdische Formationen eingeblasen.

  Bei Spitzenbedarf wird die Luft abgelassen, um Strom zu erzeugen.

Der effektivste Solarenergiespeicher

Es gibt keine allgemeingültige Antwort auf die Solarenergiespeicherung.

Die Speicheroptionen für Solarenergie hängen von Ihren Bedürfnissen und Ressourcen ab.

Werfen wir einen Blick auf einige der am weitesten verbreiteten Alternativen zur Solarenergiespeicherung für gewerbliche und private Zwecke.

Kommerzielle Solarenergiespeicher

Mechanische und thermische Speicher sind praktikable Lösungen für Versorgungsunternehmen und andere Unternehmen mit größeren Budgets als Privatpersonen.

Auch wenn diese Speichersysteme teuer sein können, unterstützen sie Versorgungsunternehmen dabei, den Spitzenenergiebedarf zu decken.

• Netzspeicher mit Batterien der nächsten Generation. In den USA war 2020 ein Meilensteinjahr für neue Stromspeicher.

  Das Land installierte allein im 3.

  Quartal 476 MW zusätzlichen Speicher, 240 % mehr als der Rekordwert des Vorquartals.

  Obwohl es sich bei der Mehrzahl der neuen Bereitstellungen um 1-Stunden-Front-of-the-Meter-Speicher (FTM) handelt, bieten sie einen vielversprechenden Einblick in die Zukunft der kommerziellen Solarenergiespeicherung.

• Druckluft. Nach neuesten Schätzungen der Regierung kostet Druckluft 105 US-Dollar pro kWh und ist damit die kostengünstigste mechanische Speicheralternative für Großanwendungen.

• Gepumpte Wasserkraft. Die nicht verbrauchte Sonnenenergie könnte genutzt werden, um Wasser nach oben zu pumpen, wodurch eine riesige Menge potenzieller Energie erzeugt wird.

  Pumpspeicherkraftwerke kosten derzeit etwa 165 US-Dollar/kWh und sind damit die zweitbeste Option für groß angelegte mechanische Energiespeicherung.

  Da neue Pumpspeicherkraftwerke jedoch mit erheblichen Vorlaufkosten und erheblichen regulatorischen Hürden verbunden sind, ist sie nur punktuell realisierbar.

Startseite Solarenergiespeicher

Kosteneinsparungen, Widerstandsfähigkeit und Dezentralisierung der Stromerzeugung (manchmal auch als "virtuelle Kraftwerke" bezeichnet) sind nur einige der Vorteile von Solaranlagen für Wohngebäude.

Die oben beschriebenen kommerziellen Energiespeicherlösungen sind jedoch für den durchschnittlichen Hausbesitzer wahrscheinlich unerschwinglich.

Glücklicherweise können Batteriespeicher jetzt Haushalten eine kostengünstige und zuverlässige Lösung zur Speicherung von Sonnenenergie bieten.

Lithium-Ionen-Batterien sind mit Abstand die beliebteste Wahl, um Solarenergie zu Hause zu speichern.

Sie sind kostengünstig (und werden immer billiger), haben ein niedriges Profil und können für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden.

Salzwasserbatterien und Blei-Säure-Batterien sind zwei weitere Arten von Batterien, die häufig in Haushalten verwendet werden.

Unabhängig vom Batterietyp ermöglichen Haus-Backup-Batterien Hausbesitzern, Energie in Zeiten hoher Produktion und geringer Nachfrage (z.

B.

während des ganzen Arbeitstages) zu sparen, um sie in Zeiten hoher Nachfrage zu verwenden, wenn die Erzeugung sinkt.

Die Vorteile von Solarenergiespeichern für zu Hause sind denen von groß angelegten Solarenergiespeichern ähnlich, was zu Widerstandsfähigkeit, unterbrechungsfreiem Strom und Kosteneinsparungen führt.

Diese Vorteile werden an den Hauseigentümer weitergegeben.

Wie genau funktionieren Batterien?

Batterien sind das Gerät, das chemische Energie in elektrische Energie umwandelt.

Sie bestehen aus zwei Elektroden, einer Anode und einer Kathode, die aus leitfähigen Materialien besteht und durch einen Separator getrennt ist.

Der Elektrolyt, eine Ionen enthaltende chemische Substanz, sitzt zwischen der Anode und der Kathode und reagiert mit den leitenden Elementen der Kathode und Anode, um einen elektrischen Strom zu erzeugen.

Chemische Redox-(Oxidations-Reduktions-)Reaktionen in den Elektroden bewirken, dass Ionen zwischen den beiden Elektroden wandern und Elektronen von einer Elektrode freigesetzt werden.

Freie Elektronen sammeln sich an einer Elektrode, was zu unterschiedlichen Ladungen führt, die die Elektronen versuchen auszugleichen, indem sie sich zur anderen Elektrode bewegen.

Der Separator hingegen verhindert, dass sie sich bewegen, wodurch der Stromkreis effektiv unterbrochen wird.

Die Elektronen können sich zwischen den Elektroden bewegen, nachdem der Stromkreis gebildet wurde (sowohl die Anode als auch die Kathode sind verbunden), und die Batterie wird effektiv entladen.

Verschiedene Arten von Batterien

Batterien gibt es in einer Vielzahl von chemischen Eigenschaften, Lebenszyklen, Energiedichte, Betriebstemperaturen und Leistungsdichteparametern.

Im Folgenden sind die gängigsten Batterietechnologien aufgeführt:

• Blei-Säure (PbA)

• Nickel-Metallhydrid (NiMH)

• Nickel-Kadium (NiCd)

• Lithium-Ionen (Li-Ionen)

• Natrium-Schwefel (NaS)

• Kohlenstoff-Zink f) Zink-Brom

Zusammenfassung der Solarenergiedefinition

Da immer mehr Menschen auf erneuerbare und grüne Energie umsteigen, ist es von entscheidender Bedeutung, die Vor- und Nachteile jeder einzelnen zu verstehen.

Bevor Sie zu einer modernen, umweltfreundlicheren Energiequelle wechseln, versuchen Sie, ein Budget aufzustellen, das Sie und Ihre Familie sich leisten können.

Überlegen Sie dann, wie viel die Wahl der Solarenergie Sie langfristig kosten wird und wie viel Sie sparen würden.

Machen Sie eine Liste mit Vor- und Nachteilen, die für Sie und die Familie besonders sind, damit Sie besser verstehen, welche Lösungen für Sie hilfreicher sind als andere.