Erneuerbare Energiequellen: Wind, Sonne und Wasser

Was ist der Unterschied zwischen Sonnenkollektoren und Solarzellen?

In Sonnenkollektoren erhitzt die Sonnenstrahlung eine Flüssigkeit, die dann über Wärmetauscher zur Erwärmung von Brauchwasser eingesetzt wird (solarthermische Energiegewinnung). Bei Solarzellen wird die Sonnenstrahlung direkt genutzt, um elektrischen Strom zu erzeugen (Energiegewinnung durch Photovoltaik). In Kraftwerken erzeugt die Sonnenwärme Dampf und treibt Generatoren an. Die meisten dieser Kraftwerke sind noch im Experimentierstadium, lediglich das kalifornische Parabolrinnenkraftwerk in der Mojave-Wüste liefert seit Jahren eine Leistung von etwa 350 Megawatt.

Übrigens: Auf Hausdächern sind überwiegend Photovoltaikanlagen installiert. Moderne Systeme sind dabei nicht auf sonniges Wetter angewiesen, sondern arbeiten immer, solange es nur hell ist. Sie liefern auf 1,5 Quadratmetern Fläche etwa 100 Watt. Ein Hausdach mit 60 Quadratmetern Solarzellen kann über das Jahr gemittelt über 8000 Kilowatt pro Stunde liefern.

Weshalb sind Windkraftwerke auf hoher See effektiver als an Land?

Weil der Wind auf See kräftiger und gleichmäßiger weht. Und das ist die Voraussetzung für die kontinuierliche Erzeugung von elektrischer Energie.

Der Rotor einer Windkraftanlage wird meist mit drei Blättern ausgestattet und an einer Horizontalachse angebracht. Trifft der Wind auf den Rotorflügel, bewirkt die asymmetrische Form, dass die Windgeschwindigkeit vor dem Rotor höher ist als dahinter. Dadurch baut sich ein Druckunterschied auf. Der Flügel weicht dem hohen Druck aus, der Rotor dreht sich. Werden die Windgeschwindigkeiten zu hoch, entstehen jedoch Wirbel in der Nähe der Blätter, die Energie verbrauchen. Dies versucht man durch spezielle Flügelformen zu vermeiden.

Wie kommt der Windstrom ins Netz?

Der Rotor treibt über ein Getriebe den Generator an. Wird der Strom direkt ins Stromversorgungsnetz eingespeist, muss die Drehzahl des Generators der Netzfrequenz entsprechen. Über das Getriebe ist dann auch die Drehzahl des Rotors festgelegt. Deshalb kann der Rotor sich einem veränderlichen Windangebot nicht anpassen, was zu Verlusten führt. Ein Weg, diese Verluste zu vermeiden, ist ein frei drehbarer Rotor. Dann muss der erzeugte Wechselstrom allerdings auf die Netzfrequenz umgerichtet werden.

Wie wird Energie aus Wasser erzeugt?

Durch unterschiedliche Typen von Wasserkraftwerken, z. B. Laufwasserkraftwerke oder Pumpspeicherkraftwerke.

Laufwasserkraftwerke werden direkt in den Fluss oder einen Seitenkanal eingebaut. Mithilfe eines Wehrs wird der Wasserpegel oberhalb des Kraftwerks auf konstantem Niveau gehalten. Das von oben nach unten strömende Wasser treibt die Turbine und mit ihr den Generator an. Während der Spiegel des Oberwassers konstant bleibt, hängt der des Unterwassers vom Wasserangebot ab – und damit auch die vom Kraftwerk erzeugte Leistung. Laufwasserkraftwerke können daher die Energie nicht verbrauchsabhängig liefern, weshalb sie als Grundlastkraftwerke dienen.

Bei den Pumpspeicherkraftwerken wirkt ein See oder Stausee als Speicher. In Niedrigverbrauchszeiten pumpt man mit im Kraftwerk erzeugtem Strom Wasser in ein höher gelegenes Reservoir, um bei Bedarf in Spitzenverbrauchszeiten Wasser aus dem See zur Stromerzeugung entnehmen zu können.

Liefern auch Pflanzen Energie?

Ja, und zwar meist dadurch, dass sie entweder verbrannt werden oder aus ihnen Brennstoff hergestellt wird.

Im letzten Jahrzehnt gingen Biomasseheizkraftwerke mit Leistungen zwischen 300 Kilowatt und 10 Megawatt in Betrieb, in denen Holzhackschnitzel verbrannt werden. Solche Kraftwerke versorgen Wohnhäuser und kommunale Einrichtungen. Ein Kubikmeter Holz hat dabei den Heizwert von 320 Litern Heizöl. Soll neben der Wärme zusätzlich Strom erzeugt werden, kommt Biogas zum Einsatz, das als Abfallprodukt in Mülldeponien und Kläranlagen, aber auch in der Landwirtschaft entsteht.