Solarenergie

[blueflash]

Wäre man in der Lage günstige und mechanisch belastbare Solarzellen herzustellen, wäre es wesentlich sinnvoller damit Häuser zu decken. Entsprechend südlich geneigte Dachfläche ist in Deutschland nun wirklich ausreichend vorhanden.

Ist das so? Hast Du eine Quelle dafür? Wir bräuchten mindestens so ca. 16 000 km² in Deutschland. Das sind 5-6% der Landfläche. Es gibt in Deutschland ca. 40Mio Haushalte, von denen ca. 30% ein Einfamilienhaus bewohnen, da komme ich bei 16Mrd m² auf ca 1200m² pro Dach. Ich kenne jetzt aus dem Stegreif kein Wohnhaus mit 30mx40m südlich geneigter Dachfläche, du?

[Enas Yorl]

Wir bräuchten mindestens so ca. 16 000 km² in Deutschland.

Was will man den mit 16 000 km² Fläche an Photovoltaikanlagen? Das sind bei 1Kilowatt Peak pro 10m², 1,6 Terawatt Peak (die Spitzenwerte Mittags lassen wir mal vor). Die Grundlast (die Belastung eines Stromnetzes, die während eines Tages nicht unterschritten wird) liegt in Deutschland zwischen 40 und 80 Gigawatt. Natürlich vervierfacht sich das als Spitzenwert zu bestimmten Tageszeiten, aber das liegt immer noch weit unter den 1,6 Terawatt. Wo willst du den diesen gewaltigen Überschuss an elektrischer Energie speichern?
Sinn machen Photovoltaikanlagen in Deutschland nur in einer Größenordnung, in der man die erzeugte Energie auch direkt verbrauchen kann. Die Speicherkapazitäten an elektrischer Energie werden schon von der Windkraft vollständig in Anspruch genommen. Will man Sonnenenergie in mobilen Energieträgern speichern, z.B. Wasserstoff oder Methan. Werden Standorte in günstigeren Lagen als Deutschland, immer weitaus billiger liefern können.

[Bynaus]

Blueflash rechnet 2000 Watt pro Person (optimistisch tiefer Primärenergieverbrauch) * 80 Mio Einwohner = 160000 Mio Watt, bei 10 Watt / m^2 Durchschnittsleistung (moderater Wert für Solarzellen) also 16000 Mio m^2 = 16'000 km^2 Solarzellenfläche um den Primärenergiebedarf zu decken.

Natürlich hast du recht, dass es unrealistisch ist, in nächster Zukunft derart gewaltige Leistungen irgendwie zu speichern (zumindest ein Drittel davon müsste gespeichert werden können, wenn man mal annimmt, dass der Verbrauch tagsüber doppelt so hoch ist wie in der Nacht, und optimistischerweise davon ausgeht, dass es keine Wetterschwankungen gibt). In deutlich verstärktem Mass gilt das natürlich auch für Wind. Jeglicher Speicher ist dann auch mit bestimmten Umwandlungsverlusten (Strom -> Speicher = V1, Speicher -> Strom = V2) behaftet, so dass man die benötigte Solarzellenfläche noch um einen Faktor 1/(V1*V2) multiplizieren müsste.

Natürlich ist es deshalb eine unnötige Zwängerei, die Energieversorgung nur auf den klassischen erneuerbaren Energien aufbauen zu wollen. Will man eine CO2-freie Vollversorgung auf heutigem Lebensstandard, wird man um Atomkraftwerke der 4. Generation (wie den IFR oder den LFTR) nicht herumkommen.

[xanrof]

Blueflash rechnet 2000 Watt pro Person (optimistisch tiefer Primärenergieverbrauch) * 80 Mio Einwohner = 160000 Mio Watt, bei 10 Watt / m^2 Durchschnittsleistung (moderater Wert für Solarzellen) also 16000 Mio m^2 = 16'000 km^2 Solarzellenfläche um den Primärenergiebedarf zu decken.

Das Problem an der ganzen Rechnerei ist doch, dass hier versucht wird, das Stromverbrauchsverhalten eines ganzen Volkes durch eine (!) Methode der Energiegewinnung abzudecken. Dann kann doch nicht gehen.

Will man wirklich eine gangbaren Weg, der einigermaßen zukunftsfest ist, dann braucht man eine komplexe Loesung, bestehend aus den verschiedenen Kraftwerksarten und auch aus erneuerbaren Energien.

Ich denke, das vorderste Ziel sollte sein, endlich von den fossilen Brennstoffen ganz loszukommen (Klimaschutz, moegliche Umweltzerstoerungen durch Abbau, Bohren, Fracking,...). Dann kommt man ohne AKWs aber nicht aus. Das ist so. Die Forschung in Wind und Solarenergie muss natuerlich auch noch gefoerdert werden.

Was bei der ganzen Diskussion hier komplett untergeht, ist die endgueltige Energiebilanz, insbesondere fuer Solaranlagen. Halbleiter aus Silizium sind derzeit der Standard. Aber deren Wirkungsgrad wird man wohl kaum noch signifikant steigern koennen. Alle anderen "Solarzellen"-Arten (insbesondere die mit hoeheren Wirkungsgraden, z. Zt. bis ca. 40%) sind eben nicht aus Si, sondern diversen, nicht sehr haeufigen Metallen wie Gallium, Cer, Cadmium, Arsen, etc. Leuchtdioden und andere Elektronikbauteile haben oft auch Seltene Erden. Nun duerfte wohl jeder mitbekommen haben, dass eben diese Elemente zur Zeit etwas schwer erhaeltlich sind aud dem Weltmarkt. China hamstert und die Preise sind astronomisch, was auch daran liegt, dass diese Elemente eben nicht wie "Sand am Meer" erhaeltlich sind, sondern nur in recht geringen Konzentrationen im Wirtsgestein zu finden sind.

Also: Man muss sich mal vorstellen, wieviel Energie verbraucht wird, um die Seltenen Erden und andere Elemente aus den Gesteinen zu extrahieren. Dann muessen die entsprechenden Kristalle fuer die Chips erschaffen werden. Auch das ist komplizierter (+ aufwendiger) als bei Silizium. Schließlich altern Solarzellen bestaendig und muessen (nach heutigem Stand) nach rund 30 Jahren ausgetauscht werden. Das bedeutet, es muss noch sehr viel Energie aufgewendet werden, um diese Elemente aus dem Muell herauszutrennen (weil wertvoll und weil giftig, z.B. Cadmium oder Arsen). Angefangen bei Strom fuer die Analysen bis hin zu den Oefen, die z. B. die Metalle herausschmelzen. Achja, transportiert werden muss das Zeug zwuschendurch ja auch mal. Ganz zu schweigen von Bauarbeiten, um 16000 km2 Solarzellen allen 30 Jahre auszutauschen (egal, ob auf dem Dach oder auf der Strasse)

All das muss in die Energiebilanz mit rein.

Man kann sich nun vorstellen, wie utopisch die Vorstellung ist, zehntausende von Quadratkilometern mit Solarzellen zu zupflastern.

Damit ich nicht falsch verstanden werde: Ich finde erneuerbare Energien grossartig. Mir waere es am Liebsten, wenn wir komplett auf fossile und kernspaltende Techniken verzichten koennten. Aber es ist halt wichtig, auch hinter die Kulissen zu blicken.

(PS: auch wenn ich anfangs Bynaus zitiert habe, der Kommentar ist an die Allgemeinheit gerichtet )

[RTW112]

Ich bin letztlich bei strahlendem Sonnenschein über die Autobahn gefahren und da viel mir auf, dass wir mit dem Asphalt ja bereits eine Menge Einstrahlfläche haben.

Wir haben ungefähr 13000km Autobahn in Deutschland (steigend). Wenn es einen Weg gäbe, da durchscnittlich 10W/m² abzugreifen, könnte man in der Größenordnung 2-3Mio Menschen damit versorgen.

Die Frage ist eigentlich nur eine materialtechnische: Wie bekommt man einen günstigen Apshalt Halbleiter, mit ähnlichen Eigenschaften wie der heutige Asphalt?

Autobahnen werden alle 20 Jahre bestimmt einmal neu gedeckt. Sprich: In 20-30 Jahren könnte man so einen guten Teil der Primärenergie ohne zusätzlichen Flächenverbrauch bereitstellen.

So weit ich weis habe ich dazu schon mal was gepostet von einer Solaranlage über einer Autobahn von der A3 die mit einer Leistung von 1,6 MW Peak bereitsteht.

Genauso mal den Vergleich siehe Anhangsdatei.

[RTW112]

Was bei der ganzen Diskussion hier komplett untergeht, ist die endgueltige Energiebilanz, insbesondere fuer Solaranlagen. Halbleiter aus Silizium sind derzeit der Standard. Aber deren Wirkungsgrad wird man wohl kaum noch signifikant steigern koennen. Alle anderen "Solarzellen"-Arten (insbesondere die mit hoeheren Wirkungsgraden, z. Zt. bis ca. 40%) sind eben nicht aus Si, sondern diversen, nicht sehr haeufigen Metallen wie Gallium, Cer, Cadmium, Arsen, etc. Leuchtdioden und andere Elektronikbauteile haben oft auch Seltene Erden. Nun duerfte wohl jeder mitbekommen haben, dass eben diese Elemente zur Zeit etwas schwer erhaeltlich sind aud dem Weltmarkt. China hamstert und die Preise sind astronomisch, was auch daran liegt, dass diese Elemente eben nicht wie "Sand am Meer" erhaeltlich sind, sondern nur in recht geringen Konzentrationen im Wirtsgestein zu finden sind.

Also: Man muss sich mal vorstellen, wieviel Energie verbraucht wird, um die Seltenen Erden und andere Elemente aus den Gesteinen zu extrahieren. Dann muessen die entsprechenden Kristalle fuer die Chips erschaffen werden. Auch das ist komplizierter (+ aufwendiger) als bei Silizium. Schließlich altern Solarzellen bestaendig und muessen (nach heutigem Stand) nach rund 30 Jahren ausgetauscht werden. Das bedeutet, es muss noch sehr viel Energie aufgewendet werden, um diese Elemente aus dem Muell herauszutrennen (weil wertvoll und weil giftig, z.B. Cadmium oder Arsen). Angefangen bei Strom fuer die Analysen bis hin zu den Oefen, die z. B. die Metalle herausschmelzen. Achja, transportiert werden muss das Zeug zwuschendurch ja auch mal. Ganz zu schweigen von Bauarbeiten, um 16000 km2 Solarzellen allen 30 Jahre auszutauschen (egal, ob auf dem Dach oder auf der Strasse)

All das muss in die Energiebilanz mit rein.

Man kann sich nun vorstellen, wie utopisch die Vorstellung ist, zehntausende von Quadratkilometern mit Solarzellen zu zupflastern.

Damit ich nicht falsch verstanden werde: Ich finde erneuerbare Energien grossartig. Mir waere es am Liebsten, wenn wir komplett auf fossile und kernspaltende Techniken verzichten koennten. Aber es ist halt wichtig, auch hinter die Kulissen zu blicken.

Du solltest aber auch mal den gesamten Marktanschauen bevor du hier regenerative Energie so schlecht darstellst, als würde die als einzigste bei Herstellung und beim Ressourcen Abbau Energieverbrauchen

Außerdem gibt es ein Verfahren alte CPUs, GPUs ec.t aus den PC wieder zu verwenden zu PV Zellen.

Nächste ist das man alleine mit allen Dachflächen die es ja jetzt schon gibt in Deutschland ohne zusätzlich Grundfläche weiter zu nutzen eine Analgenleistung von 161 GW PV Leistung hätte. Berechnet von TU München.

[Bynaus]

Ich denke, das vorderste Ziel sollte sein, endlich von den fossilen Brennstoffen ganz loszukommen (Klimaschutz, moegliche Umweltzerstoerungen durch Abbau, Bohren, Fracking,...). Dann kommt man ohne AKWs aber nicht aus. Das ist so. Die Forschung in Wind und Solarenergie muss natuerlich auch noch gefoerdert werden.

Exakt so sehe ich das auch. Das Beispiel mit 100% Solarenergie ist deshalb wichtig, weil Solarenergie von allen klassichen Erneuerbaren diejenige mit der höchsten Flächenleistungsdichte ist. Mixt man einen beliebigen Anteil anderer Erneuerbarer dazu, steigt der Flächenbedarf weiter an (auch wenn man natürlich gewisse Zweitnutzungen der Fläche damit nicht grundsätzlich ausschliesst).

@RTW: Dein Bildchen, das du hier schon unzählige Male verlinkt hast, zeigt nicht die ganze Wahrheit: Wenn wir wirklich von den fossilen Energie weg wollen, dann muss nicht nur der heutige Strombedarf gedeckt werden, sondern der gesamte Primärenergiebedarf - daher der Unterschied zwischen der hier genannten Fläche (ca. 4000 km^2) und der von blueflash berechenten (16000 km^2). Irreführend ist auch die "Siedlungs- und Verkehrsfläche". Nur ein kleiner Bruchteil dieser Fläche ist wirklich für Solarzellen nutzbar. Nimm mal irgend eine Karte hervor, zeichne Grenzen zwischen offenen Flächen und der "Siedlungs- und Verkehrsfläche", dann siehst du schnell, was ich meine. Sehr gut nutzbar sind die Dachflächen, weil dort praktisch keine zusätzlichen baulichen Massnahmen nötig sind (im Gegensatz zu, z.B., normalen Strassen oder Parkplätzen, die alle überdacht (!!!) werden müssten). Wie du geschrieben hast, liegt das Potential der Dächer bei 161 GW, was bei 2000 W/pP und 80 Mio P = 160 GW gerade dem Primärenergiebedarf entspricht. Nun gilt es aber zu beachten, dass das nur die Nennleistung ist, das heisst, wenn die Sonne prall auf ganz Deutschland scheint, kann man mit Anlagen auf allen Dächern einen relativ bescheidenen Primärenergiebedarf von 2000 Watt pro Person decken. Aber dann bleibt nichts für die Nacht, für bewölkte Tage etc. übrig. Der Kapazitätsfaktor (das Verhältnis zwischen tatsächlicher Leistung und der Nennleistung) für Solarenergie beträgt etwa 0.1, dh, im langfristigen Schnitt bleiben von den 160 GW gerade mal 16 GW übrig, oder 10% dessen, was man braucht.

Also ein für alle Mal: Wenn man alle nutzbaren Dächer Deutschlands bedeckt, so kann dies etwa 10% zu einem stark reduzierten Primärenergiebedarf von 2000 Watt pro Person beitragen.

Es geht hier nicht darum, Solarenergie schlechtzureden: sie hat ihren Platz in der zukünftigen Energieversorgung, ja sie ist sogar nötig, um die Tagesspitze zu decken (während gespeicherte Energie aus Wind die kurzfristigen Bedarfsspitzen abdecken kann). Aber man darf sich nicht der Illusion hingeben, es könnte eine Gesellschaft ohne fossile Energie und ohne AKW geben (bei heutigem Lebensstandard, natürlich - aber ich glaube nicht, dass irgendwer ernsthaft ins Mittelalter zurückkehren will). Wir werden AKW der neusten Generation brauchen (passive Sicherheit, keine langlebigen Abfälle, proliferationssicher, kein CO2), wie z.B. den IFR, um den Grundbedarf zu decken.

[blueflash]

Es geht hier nicht darum, Solarenergie schlechtzureden: sie hat ihren Platz in der zukünftigen Energieversorgung, ja sie ist sogar nötig, um die Tagesspitze zu decken (während gespeicherte Energie aus Wind die kurzfristigen Bedarfsspitzen abdecken kann). Aber man darf sich nicht der Illusion hingeben, es könnte eine Gesellschaft ohne fossile Energie und ohne AKW geben (bei heutigem Lebensstandard, natürlich - aber ich glaube nicht, dass irgendwer ernsthaft ins Mittelalter zurückkehren will). Wir werden AKW der neusten Generation brauchen (passive Sicherheit, keine langlebigen Abfälle, proliferationssicher, kein CO2), wie z.B. den IFR, um den Grundbedarf zu decken.

Und ich behaupte weiterhin, dass das nicht ökonomisch ist . Ich sehe keinen einzigen Konzern, der wirklich für neue KKW trommelt. Klar wäre der IFR eine Variante, die die derzeitigen Reaktoren alt aussehen lässt und auf jeden Fall eine praktikable Lösung für den Atommüll auf dem wir sitzen. Aber wann wäre denn da -realistisch gesehen- der erste fertig? 2030? Bis dahin kosten vermutlich Wind- und Solarstrom weniger als Braunkohle, Lithium Akkus ein Viertel von heute. Sprich: Statt für n-Milliarden ein KKW zu bauen, pflanzt man einen kombinierten Wind- Solarpark mit Li-Akkus irgendwo in die Pampa. Und Pampa gibt es bis dahin vermutlich auch mehr als genug .

Zum Vergleich: Deutschland hat heuer 2000km² Brachfläche. Dazu kommen mindestens grob 1000km² ungenutzte Fläche neben Verkehrswegen (eher deutlich mehr: Schiene, Bundesstraßen etc.). Gehen wir mal pessimistisch davon aus, dass auf der Hälfte der Fläche auch Windenergie (mit guten Bedingungen, ebenfalls 10W/m²) möglich ist. Dann können diese ungenutzten Flächen allein mehr als ein Viertel des Primärenergiebedarfs decken.

Ich würde mich da halt von der Vorstellung verabschieden, das mit Dächern zu lösen. Stattdessen wird sich eine neue Art der Land- und Forstwirtschaft entwickeln.

Wenn die Infos stimmen, die ich verlinkt habe, kriegt man das MWp (einfach gerechnet in deutschland also die GWh/a) mittlerweile für 1M€. Wir verbrauchen derzeit 3.75Mio GWh pro Jahr. Um den Primärenergiebedarf Deutschlands zu decken, müssten wir also derzeit ca. 3-4000 Mrd € ausgeben. Streckt man das auf 25 Jahre, sind das "nur" noch 120 - 160Mrd€ pro Jahr.

Gehen wir mal von wirklich billiger Energie (5ct/Kwh) aus. Dann haben wir einen Primärenergiemarkt in Deutschland von mindestens 150Mrd€. Ich hoffe mal ich hab mich da jetzt nirgendwo vertan. Das ist natürlich alles Pi * Daumen / Milchmädchen abüglich aller Nebenkosten, aber wer in so einer Situation Kredite für ein 20Jahre KKW Projekt bewilligt kriegen will, muss schon was anders machen .

[xanrof]

Ich würde mich da halt von der Vorstellung verabschieden, das mit Dächern zu lösen. Stattdessen wird sich eine neue Art der Land- und Forstwirtschaft entwickeln.

Also, die Pampa mit spiegelnden Flaechen zuzupflastern, ist nicht gerade sehr oekologisch. Da faellt kein Licht und Wasser mehr auf den Naturboden, dieser duerfte dann ziemlich schnell ziemlich tot sein.

In diesem Zusammenhang von "Land- und Forstwirtschaft" zu sprechen, ist schon beinahe etwas zynisch.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
xanrof schrieb nach 4 Minuten und 18 Sekunden:

(...) ungenutzte Fläche neben Verkehrswegen (eher deutlich mehr: Schiene, Bundesstraßen etc.). Gehen wir mal pessimistisch davon aus, dass auf der Hälfte der Fläche auch Windenergie (mit guten Bedingungen, ebenfalls 10W/m²) möglich ist. Dann können diese ungenutzten Flächen allein mehr als ein Viertel des Primärenergiebedarfs decken.

Diese ungenutzte Flaeche ist doch nur ein paar Meter breit. Willst du massiv Windraeder unmittelbar neben Strassen und Schienen stellen?

Und spiegelnde Solarpanels koennen die Autofahrer blenden. Ganz abgesehen davon, dass man bei einer Fahrt ins Gruene dann das Gruene nicht mehr sehen kann.

Das stell ich mir richtig toll vor bei meiner Fahrt von A nach B durchs flache Land: ueber Dutzende von Kilometern rechts und links nur Technik, da kommt wirklich SciFi feeling auf, so stell ich mir Coruscant vor. Not nice.


Jetzt mal nicht nur an blueflash gerichtet, ganz allgemein: Ich versteh's manchmal nicht. Da sollen aus Umweltschutzgruenden die regenerativen Energien forciert werden, und das einzige, was den Leuten dann enfaellt, besteht darin, die natuerlichen und naturbelassenen Flaechen in Deutschland noch weiter zu kastrieren. Mit all den oekologischen Folgen.

Regenerative Energien sind eine tolle Sache. Aber man muss sich auch bewust machen, dass ein Land, das so dicht besiedelt ist wie Deutschland, eben nicht dafuer geeignet ist, vollstaendig oder zu einem grossen Teil auf gruene Energieversorgung zu setzen. Das ist nunmal das Pech, wenn man in der Mitte Europas lebt. Es geht einfach nicht.

[irony]

In diesem Zusammenhang von "Land- und Forstwirtschaft" zu sprechen

Vielleicht kann man auch biologische Solarzellen herstellen, also so etwas wie Nadelbäume, die nebenbei auch noch Strom produzieren. Dann gäbe es Solarwälder. Lebewesen, die Strom produzieren gibt es ja, z.B. Zitteraale. http://de.wikipedia.org/wiki/Elektroplax

[xanrof]

Vielleicht kann man auch biologische Solarzellen herstellen, also so etwas wie Nadelbäume, die nebenbei auch noch Strom produzieren. Dann gäbe es Solarwälder. Lebewesen, die Strom produzieren gibt es ja, z.B. Zitteraale. Elektroplax ? Wikipedia

Ja, richtig, das Organ der Zitterrochen.

also die Vorstellung von so einem Wald ist schon cool. Baeume, die sich im Oekosystem verhalten wir andere Pflanzen auch, aber neben Sauerstoff auch gleich Strom produzieren.

Ist ja schon fast zuviel des Guten

[irony]

Es gibt so etwas wie eine Organische Solarzelle - Wikipedia aber das ist nicht dasselbe wie biologisch. Solche Solarzellen würden ohne menschliches Zutun wachsen. Aber man müsste sie erst einmal gentechnisch designen. Photovoltaik ist auch nicht dasselbe wie Photosynthese, aber ich denke nicht, dass die Physik so etwas wie eine biologische Photovoltaik. Unter Bionik habe ich aber nichts Entsprechendes gefunden: verbietet. Bionik ? Wikipedia

[Enas Yorl]

Vielleicht kann man auch biologische Solarzellen herstellen, also so etwas wie Nadelbäume, die nebenbei auch noch Strom produzieren.

Gibt es doch schon, nennt sich Biomasse, und dient auch gleich als Energiespeicher. In dem zukünftigen Energiemix, werden solche Energiepflanzen auch eine bedeutende Rolle spielen. Aber auf dem Niveau in dem Deutschland Energie verbraucht, kann Sonne, Wasser und Wind nur einen Teil der Grundlast bereitstellen. Hier muss sich die Gesellschaft entscheiden was sie will, Atomenergie, Fossile Energie oder dem Import von regenerativer Energie aus dem Ausland.

[irony]

Gibt es doch schon, nennt sich Biomasse, und dient auch gleich als Energiespeicher.

Und wie hoch ist da der Wirkungsgrad?

[Enas Yorl]

Und wie hoch ist da der Wirkungsgrad?

Wenn du die von der Pflanze umgesetzte Sonnenenergie meinst, dann sind das 1 bis 2%. Das hört sich wenig an, aber dafür bauen sich diese biologische Kollektoren und Energiespeicher auch von selber auf.
Würde es jetzt gelingen, eine Pflanze dazu zu bringen, die durch die Photosynthese erzeugten Kohlehydrate in elektrischen Strom umzuwandeln. Würde diese Energie der Pflanze beim Wachstum fehlen, dadurch würde dann entsprechend weniger Biomasse erzeugt. Im Grunde ist das sogar eine Verschlechterung, den der Strom müsste sofort verbraucht werden, während die Energie der Biomasse nach Bedarf abgerufen werden kann.
Und an Energiepflanzen welche eine höhere Energieausbeute bieten, wird längst geforscht.