Technik
Kontinuierlicher Stromfluss ist bei einer Photovoltaikanlage nur gegeben wenn die Sonne scheint. Somit stellt sich die Frage, was aber genau dann passiert, wenn die Sonne scheint, viel Strom produziert wird, aber dennoch wenig Strom benötigt wird. Energiefluss und Energiebedarf stimmen bei der Nutzung der Photovoltaikanlage in der Regel nur sehr selten überein. Diese Problematik begleitet diese Form der regenerativen Energie aber bereits seit ihren Anfängen. Strom galt in der Vergangenheit immer als sehr schwer speicherbar. Allerdings gibt es heute verschiedene Arten der Stromspeicher, die direkt und indirekt arbeiten und die den erzeugten Strom auch dann nutzbar machen, wenn die Sonne gerade nicht scheint.
Technische Möglichkeiten zur Speicherung von Strom
Wer Strom direkt speichern möchte, hat hierbei zwei Möglichkeiten, nämlich Kondensatoren oder aber Spulen zu nutzen. Bei beiden Stromspeichern ist der Nachteil gegeben, dass sie nur in der Lage sind, geringe Mengen an Energie zu speichern. Zur Speicherung größerer Strommengen wird deshalb regelmäßig auf indirekte Stromspeicher zurück gegriffen. Diese wandeln den Strom nämlich in eine andere Energieform um. Eine erneute Energieumwandlung gibt die gespeicherte Energie dann wieder in Form von Strom frei.
Pumpspeicherkraftwerke als Stromspeicher
Eine Variante es indirekten Stromspeichers ist das Pumpspeicherkraftwerk. Das Herzstück hier ist ein sehr großer Wasserspeicher, der sich wiederum auf einer Anhöhe befindet. Ist ausreichend Strom vorhanden, wird Wasser mittels Pumpen den Berg hinauf transportiert. Wird dann wiederum zu einem späteren Zeitpunkt der Strom benötigt, dann läuft das Wasser wieder ab und erzeugt in diesem Zusammenhang mit Hilfe von Generatoren die erforderliche Energie. Pumpenspeicherkraftwerke sind in erster Linie als Stromspeicher für die Überbrückung von Stromausfällen konstruiert. Von der Funktionalität ähnlich sind dieser Technik sowohl Schwungmasse- als auch Druckluftspeicherkraftwerke, die mittel kinetischer bzw. Luftenergie funktionieren.
Mit Wasserstoff Strom speichern
Eine weitere Variante der Stromspeicherung wird durch die Umwandlung von Strom in Wasserstoff umgesetzt. Unter Nutzung dieses Vorgangs der sogenannten Elektrolyse wird wiederum Wasserstoff erzeugt. Soll aus dem Wasserstoff wieder Strom entstehen, werden dafür Brennstoffzellen genutzt. Dieser gesamte Vorgang ist sehr aufwendig und bringt hohe Energieverluste mit sich.
Batterien und Akkus sind altbekannte Stromspeicher, auch für die Photovoltaik
Bei Batterien und Akkus erfolgt die Stromspeicherung aus chemischem Wege. Sie sind bereits langzeiterprobt. Allerdings gilt es zu berücksichtigen, dass diese Art des sogenannten indirekten Stromspeichers verglichen mit den verhältnismäßig geringen Kapazitäten, die zur Verfügung stehen, relativ teuer ist. Schon heute gibt es einige ausreichend erprobte Stromspeicher, die zur Verwendung mit Photovoltaikanlagen sehr funktional sind. Für alle gilt allerdings, dass sie für die Speicherung größerer Energiemengen nicht geeignet sind. Fakt ist allerdings, dass zur autarken Nutzung bei der Photovoltaik ein Stromspeicher fast unverzichtbar ist.
Thermische Solaranlage mit Vakuumröhren
Eine thermische Solaranlage mit Vakuumröhren wandelt Sonnenlicht in Wärme um. Außer der Kernenergie beruhen alle uns bekannten Energien auf direkte oder indirekte Sonnenstrahlung. Durch Fotosynthese sind Holz, Kohle, Gas und Öl entstanden. Wasser- und Windkraft basieren auf einem Zusammenspiel von Sonnenwärme und Kälte. In der Solarthermie wird das in Wärme umgewandelte Licht der Sonne zur Heizungsunterstützung oder Brauchwassererwärmung genutzt.
Unterschiedliche Bauformen bei den Vakuumröhren
Die Kollektoren einer thermischen Solaranlage können verschiedene Bauformen aufweisen. Jede hat ihre spezifischen Vorteile. Röhrenkollektoren und Vakuumröhren für Solaranlagen sind so konzipiert, dass sie einen Absorber im Inneren enthalten. Dieser ist gegen einen Temperaturverlust gedämmt. Die beste denkbare Dämmung ist ein Vakuum. Dies ist mit der Röhrenform einfach zu realisieren. Vollvakuumröhren werden vollständig entleert und danach mit einem Metalldeckel verschlossen. In diesem Vakuum befindet sich ein Absorberblech. Mit diesem System wir eine maximale Effizienz erreicht. Durch ständige Temperaturwechsel können Haarrisse an der Glas-Metall-Verbindung entstehen. Dann kommt es zum Vakuumverlust. Verhindert werden kann dies durch den Einsatz von Röhren aus zwei konzentrischen und miteinander verschmolzenen Glasröhren nach dem Prinzip einer Thermoskanne. Dies sind die sogenannten Sydney-Röhren. Ihr Vorteil ist es, komplett aus Glas zu bestehen und somit ein dauerhaftes Vakuum zu gewährleisten.
Die Sydney-Vakuumröhre
Die Außenseite der inneren Glasröhre ist in mehreren Schichten bedampft mit Aluminiumnitrit. Diese Schicht schimmert bläulich von außen und ist dafür verantwortlich, dass die kurzwelligen Sonnenstrahlen in langwellige Wärme umgewandelt wird. Damit es nicht zu Wärmeverlusten durch Abstrahlung kommt, ist die Röhre mit einer Kupferbedampfung ausgestattet. Die entstandene Wärme wird über Wärmeleitbleche aus dicht beieinanderliegendem Aluminium zu einem Kupferrohr geleitet. Dies sorgt für den Abtransport der Wärme. Auch hierfür gibt es unterschiedlich angewandte Systeme. Bei einem wird die Wärme durch Kupferrohre durchflossen, beim anderen durch sogenannte Heatpipe-Kupferrrohre.
Die Heatpipe-Vakuumröhre
Eine Heatpipe besteht aus einem Kupferrohr. Dies ist mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser mit Frostschutzmittel oder Alkane gefüllt. Genutzt wird nun die Enthalpieänderung beim Phasenübergang vom flüssigen zum gasförmigen Aggregatzustand. Bei geringen Temperaturen verdampfen die Alkane in der Heatpipe und steigen in den Kondensatorteil der Röhre. Der Dampf kondensiert hier und gibt die Wärme ab an die Wärmeträgerflüssigkeit. Der Vorgang beginnt von vorne, wenn das Kondensat wieder in der Röhre nach unten fließt. Die produzierte Wärme wird in einem geeigneten Speicher je nach Zweck gesammelt und über einen Wärmeaustauscher abgegeben. Das Speichervolumen sollte etwa 50 Liter für jeden angefangenen Quadratmeter Kollektorfläche betragen. Die Heatpipes haben den Vorteil einer recht einfachen Montage. Zudem können diese Röhren dank ihrer trockenen Anbindung während des laufenden Betriebes ausgewechselt werden.
