Schattenblick →INFOPOOL →KINDERBLICK → NATURKUNDE

WISSENSDURST/021: Himmelsleiter Wissenschaft - Der Sonnenweg zur Arbeit (SB)


Himmelsleiter Wissenschaft

Der Sonnenweg zur Arbeit


Ben und Stefan - Buntstiftzeichnung: © 2012 by Schattenblick

Grafik: © 2012 by Schattenblick

Strom vom Dach?

Stefan und Ben hatten sich Solarturmkraftwerke näher angeschaut und festgestellt, dass man für diese Anlagen erstens sehr viel Sonne und zweitens auch sehr große Landflächen benötigt, um dort die erforderlichen Spiegel aufzustellen. Da in Deutschland weder das eine noch das andere im Überfluss vorhanden ist, suchten sie nach einer Lösung. Sie wussten, dass es bereits viele Solaranlagen auf den Dachflächen von Wohn- und Bürohäusern so wie auf Industrieanlagen gibt, aber nicht, wie diese funktionieren. Da sie die Idee, die Dachflächen für die Energiegewinnung zu nutzen, gut fanden, wollten sie herausfinden, welche Erfolge damit bereits erzielt worden sind - oder eben nicht.

Stefan: "Das Prinzip des Solarturmkraftwerkes wird wohl kaum auf die Dach-Solaranlagen angewendet werden können, glaube ich. Wenn nämlich die Sonnenstrahlen auf das Dach und dort auf Spiegel treffen, würden sie zurückgeworfen werden, also reflektiert. Aber wo oder wie könnten sie gebündelt werden? Es müsste ja einen Absorber geben, so wie in dem Turmkraftwerk, oder?"

Ben: "Lass uns mal überlegen: Die Sonne muss etwas erwärmen. Die Kollektoren, die schon vielerorts auf den Dächern angebracht sind, wie funktionieren die, mit Wasser oder etwas ähnlichem?"

Stefan: "Genau, die Sonne muss das Wasser oder eine Flüssigkeit erwärmen, die dann die Wärme weiterleitet - fragt sich nur wohin oder an was?"

Ben: "Hey, warte mal, ich glaube mein Vater kommt gerade nach Hause. Vielleicht kann er etwas Klarheit in unseren Wirrwarr bringen."

Stefan sprang vom Hocker und stürmte hinter Ben die Treppe hinunter. Bens Vater hatte gerade seinen Mantel ausgezogen und war dabei seine Schuhe auszuziehen, als Ben ihn mit seinen Armen umschlang.

Vater: "Hallo, was ist denn das? So stürmisch heute?" Er lachte und knuffte seinen Sohn in die Seite.

Ben: "Ich freu mich, dass du da bist. Wir haben nämlich ein Problem. Stefan und ich steigen durch die Sonnenenergieanlagen nicht durch, ich meine, wie sie funktionieren, die auf den Dächern, weißt du."

Vater: "O je, und das soll ich jetzt mal eben schnell erklären? Ich mache euch einen Vorschlag, ich koche mir jetzt einen Kaffee und krame mir die Unterlagen heraus, die ich mir zusammengesucht hatte, als Mama und ich mit dem Gedanken spielten uns eine Solaranlage aufs Dach zu setzen. Ich ruf euch dann, wenn ich soweit bin, okay?"

Ben/Stefan: "Klar, danke!"

Vater: "Wartet, ihr könntet inzwischen mal nachsehen, was ihr über Vakuumröhrenkollektoren findet und euch da schon mal schlau machen."

Stefan: "Vakuumröhrenkollektoren?"

Vater: "Ganz genau! Bis gleich."

Ben drehte sich zu Stefan um, der ihn fragend anblickte und dann stapften sie die Treppe hinauf, zurück in Bens Zimmer. Ben hockte sich vor den Computer, Stefan holte seinen Notizblock und Stift. Also los! Bald hatten sie zwei vielversprechende Seiten im Netz gefunden und fingen an zu lesen.

Ben: "Warte mal, Stefan, den langen Text drucke ich aus, dann kannst du den lesen und ich den anderen am Schirm, einverstanden?"

Stefan: "Klar, gute Idee."

Grafik, die zeigt wie kaltes Wasser durch die Röhren fließt, von dort durch die Sonne erhitzt weiterfließt - Foto: by Jelko Arnds (selbst gebaut (nach File: Tichelmann.gif)) [Public domain], via Wikimedia Commons

Foto: by Jelko Arnds (selbst gebaut (nach File: Tichelmann.gif)) [Public domain], via Wikimedia Commons

Ben: "Also, ich kann schon mal zusammenfassen, diese Vakuumkollektoren scheinen gar nicht mal so verschieden von dem Solarturmkraftwerk zu sein, vom Prinzip her, meine ich natürlich. Die Sonnenwärme wird hier aufgefangen und gebündelt. Es handelt sich ebenfalls um thermische Solaranlagen. Schau dir mal die Skizze an. Das Ganze funktioniert mit Wasser oder einer Wasser-Frostschutz-Flüssigkeit, die durch die Sonneneinstrahlung erwärmt werden. Im Inneren von den Kollektoren befindet sich eine schwarze Absorberschicht. Sie sorgt dafür, dass die Sonnenwärme aufgenommen, eben absorbiert wird. Das bedeutet, es wird auf der schwarzen Fläche immer heißer. Diese Hitze wird dann an das Wasser abgegeben und weitergeleitet - wenn ich das jetzt alles richtig verstanden habe."

Stefan: "Und was hat das mit dem Vakuum auf sich?"

Ben: "Ach so, Moment mal - im Vakuum gibt's ja keine Luft und deshalb kann die Wärme auch nicht weitergeleitet werden. Die schwarze Absorberschicht befindet sich in diesem Vakuum, das die Kollektoren umhüllt. Also, ich denke mir das so. Die Sonnenwärme trifft auf die Vakuumkollektoren, die schwarze Absorberschicht sammelt die Wärme und das Vakuum sorgt dafür, das die Wärme nicht wieder nach außen an die Luft abgegeben werden kann. Sie bleibt also konzentriert in dem Kollektor und so kann optimal viel Wärme von der Absorberschicht an das Wasser abgegeben werden. So verstehe ich das - natürlich nur so vom Prinzip her. Im genauen technischen Aufbau scheint es viele unterschiedliche Möglichkeiten zu geben."

Stefan: "Wow, hört sich doch verdammt gut an. Guck mal, hier gibt es ein Foto, wie so ein Vakuumkollektor in echt aussieht. Da sind um jede Röhre noch metallische, gebogene Reflektorschichten angebracht, die das Sonnenlicht direkt in die Röhren leiten."

Mehrere Röhren nebeneinander liegend, die je in eine Art halbrunde Reflektorschicht eingebettet sind - Foto: by Ra Boe (selbst fotografiert DigiCam C2100UZ) [CC-BY-SA-2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], via Wikimedia Commons

Foto: by Ra Boe (selbst fotografiert DigiCam C2100UZ) [CC-BY-SA-2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], via Wikimedia Commons

Stefan: "Aber kann man damit auch Strom erzeugen? Bisher hört sich das so an, als bekäme man damit nur warmes Wasser - was ja auch schon ganz schön gut ist."

Ben: "Das weiß ich auch nicht, mal sehen ..."

Vater: "Na, kommt ihr voran?"

Stefan: "Die Vakuumkollektoren können auf jeden Fall heißes Wasser erzeugen."

Ben: "... aber kann man damit auch Strom herstellen?"

Vater: "Tja, das war genau der Grund, warum ich diese Art Anlage noch nicht auf unser Dach habe montieren lassen! Überall fand ich nur Informationen über Photovoltaikanlagen, mit denen Strom erzeugt wird. Ich denke mal, dass mit einer Vakuumkollektor-Anlage nicht genügend heißer Dampf erzeugt werden kann. Es wird nämlich eine ganze Menge davon benötigt, um eine Turbine und einen Generator anzutreiben, um damit Strom zu erzeugen. Wahrscheinlich bräuchte man da Miniturbinen, aber all das habe ich noch nicht herausgefunden."

Ben: "Und warum wolltest du eigentlich keine Photovoltaik-Anlage haben? Was genau ist das überhaupt? Ich meine, wie funktioniert sie, wie erzeugt sie denn den Strom?"

Vater: "Das wollt ihr aber doch nicht jetzt wissen?"

Stefan/Ben: "O, doch, bitte!"

Vater: "Nein, jedenfalls ganz sicher nicht mehr heute Abend!"

Ben: "Okay, dann machen wir uns eben selber schlau, das wäre doch gelacht!"

Stefan: "... genau, das finden wir selbst heraus!"

Ben: "Trotzdem, danke, Papa."

Vater: "Morgen Abend nach der Arbeit, da könnt ihr mich dann notfalls fragen, in Ordnung?"

Stefan/Ben: "Prima, toll."

Fortsetzung folgt ...

Anmerkung:
Diesem Artikel liegen folgende Quellen zugrunde:
http://www.energie-lexikon.info/sonnenkollektor.html
http://www.photovoltaikanlage.eu/thermische-solaranlage


3. November 2014