Die Zukunft hat bereits begonnen!Die Sonne ist die primäre und wichtigste Energiequelle für unseren Planeten. Sie erwärmt die ganze Erde, setzt die Flüsse in Bewegung und gibt dem Wind Kraft. Rechnet man die Energie, die die Sonne unserem Planeten pro Jahr liefert, in entsprechende Brennstoffe um, so ergibt sich eine Menge von etwa 100 Billionen Tonnen. Das ist zehntausendmal mehr, als wir brauchen.Man geht davon aus, dass 6 Billionen Tonnen verschiedener Kohlenwasserstoffe auf der Erde gelagert sind. Dabei reichen die erkundeten Weltkohlereserven der Menschheit für etwa 200 Jahre, Erdöl und Erdgas für 36 Jahre und Kernbrennstoffe für 40 Jahre. Während die Energie, die in allen Kohlenwasserstoffreserven der Erde enthalten ist, gibt die Sonne dem Planeten in nur drei Wochen. Und ihre Reserven sind so groß, dass sie noch etwa 5 Milliarden Jahre lang genauso hell leuchten kann. Die grünen Pflanzen und Algen der Erde nutzen etwa 34 % der von der Sonne kommenden Energie. Der Rest wird fast vergeblich für die Aufrechterhaltung eines angenehmen Mikroklimas für das Leben in den Tiefen der Ozeane und an der Erdoberfläche aufgewendet. Wenn der Mensch wenigstens ein Prozent davon für seinen eigenen Verbrauch nutzen könnte (d. h. 1 Billion Tonnen desselben Standardbrennstoffs pro Jahr), würde dies viele Probleme für die nächsten Jahrhunderte lösen.Solarenergie ist die Energie, die von der Sonne in Form von Wärme und Licht erzeugt wird. Sie ist eine der erneuerbarsten, am leichtesten zugänglichen und umweltfreundlichsten Energiequellen. Die Sonnenenergie wird schon seit der Antike von den Menschen genutzt – der Legende nach verwendete der große griechische Wissenschaftler Archimedes ein System von Spiegeln, um die feindliche Flotte, die Syrakus belagerte, zu verbrennen.Lichtenergie kann zur Umwandlung in Wärme oder elektrische Energie genutzt werden. Mit Hilfe einer photovoltaischen Solarzelle wird die Sonnenstrahlung in elektrischen Strom umgewandelt, der zum Betrieb von Uhren, Taschenrechnern oder Ampeln verwendet wird. Thermische Solarenergie kann zum Betrieb verschiedener Geräte genutzt werden.Die Schwierigkeit der Aufgabe besteht darin, diese Energie zu akkumulieren. Viele Jahre lang hielten der geringe Wirkungsgrad von Solarmodulen und ihre hohen Kosten die Verbraucher vom Kauf ab, da sie einen wirtschaftlichen Nachteil darstellten. Die Situation hat sich jedoch geändert. Die Konstrukteure versuchen, das Maximum aus den Solarzellen herauszukitzeln. Eine der naheliegendsten Lösungen scheint hier die ständige Drehung der Batterien in Richtung der Energiequelle zu sein. Die stromerzeugenden Elemente sind am effektivsten, wenn die Strahlen direkt und nicht schräg auf sie treffen. Daher wurden sie traditionell in einer Position installiert, in der die Sonne am längsten auf sie scheint. Es ist klar, dass dies keine ideale Lösung ist, denn die Position unseres Sterns am Himmel ändert sich nicht nur je nach Tageszeit, sondern auch im Laufe des Jahres. Um hier Abhilfe zu schaffen, haben Ingenieure photovoltaische Nachführsysteme erfunden. Sie nehmen zwar 5 bis 10 Prozent der erzeugten Energie ab, aber die zusätzliche Erzeugung deckt diese Verluste mehr als aus. In einigen Gebieten der Erde lässt sich mit dieser Technik die Energiemenge um 45 % erhöhen. Nachführsysteme sind vor allem in hohen Breitengraden nützlich, wo die Sonne viel mehr am Horizont entlangwandert als in Äquatornähe. Sie machen die Konstruktion der Paneele deutlich schwerer, und ihre Installation auf den Dächern von Wohnhäusern ist nicht praktikabel. In der Praxis ist ihr Einsatz jedoch mehr als gerechtfertigt.Derzeit werden neue Technologien für die Nutzung der Sonnenenergie entwickelt und aktiv eingesetzt. Es gibt eine ganze Reihe von ihnen, aber konzentrieren wir uns auf die meiner Meinung nach vielversprechendsten:- Transparente SonnenkollektorenTransparente Solarpaneele sind eine Realität, die nicht nur auf dem Papier existiert, denn sie werden bereits heute überall auf der Welt eingeführt.Diese Technologie hat bei breiter Anwendung das Potenzial, Städte von Großverbrauchern zu Stromversorgern zu machen und eine neue Ära sauberer Energie einzuläuten, während gleichzeitig Ackerland und natürliche Lebensräume erhalten bleiben.Bei der transparenten Solarenergie handelt es sich um eine fortschrittliche Technologie, die Lichtenergie durch Fenster oder jede beliebige Glasfläche unabhängig von deren Standort sammelt und nutzt. Das Potenzial dieser Technologie kann zu einem Wendepunkt in der Entwicklung der Solarenergie werden.Aus technischer Sicht haben Forscher mehrere Anwendungen für die transparente Solartechnik entwickelt. Die meisten von ihnen funktionieren als transparente Solarkonzentratoren. Sie sind so konzipiert, dass sie bestimmte Wellenlängen des ultravioletten und infraroten Spektrums (die für das bloße Auge nicht sichtbar sind) absorbieren und in Energie umwandeln, mit der Elektronik betrieben werden kann.Diese Technologie wird auch als photovoltaisches Glas bezeichnet und so hergestellt, dass sie ein hohes Maß an Transparenz bietet. Im Jahr 2014 haben Forscher der Michigan State University in den USA den ersten vollständig transparenten Solarkonzentrator entwickelt, der fast jede Glasscheibe oder jedes Fenster in eine Solarzelle verwandeln kann. Transparente Solarmodule werden von enormer Bedeutung sein, da Glas in der modernen Gesellschaft nahezu allgegenwärtig ist. Vom Bildschirm Ihres Telefons bis hin zu Wolkenkratzern (nach verschiedenen Schätzungen gibt es allein in den USA zwischen 5 und 7 Milliarden Quadratmeter Glasflächen). Stellen Sie sich vor, was für eine riesige Menge an Strom erzeugt werden könnte, wenn wir diese Energie nutzen könnten
Es sei darauf hingewiesen, dass herkömmliche Solarpaneele eine große Installationsfläche sowie erhebliche Anschaffungskosten erfordern. Aufgrund dieser Einschränkungen ist es schwierig, sie in großen Ballungsräumen zu installieren. Stattdessen könnten transparente Sonnenkollektoren installiert werden, die “den Weg für Null-Energie-Gebäude ebnen und den Städten helfen, ihre Klimaziele zu erreichen”.Auf dem Weg dorthin gibt es jedoch noch einige Hindernisse. Bevor diese Technologie aktiv genutzt werden kann, müssen die Wissenschaftler ihre Effizienz verbessern, denn es besteht ein Kompromiss zwischen Effizienz und Transparenz. Je transparenter das Panel ist, desto geringer ist seine Effizienz. Erwarten Sie also nicht, dass transparente Paneele effizienter werden oder die Standard-Solarpaneele, an die wir gewöhnt sind, ersetzen. Auf jeden Fall kann diese Technologie der Menschheit helfen, sich schneller in Richtung einer wirklich nachhaltigen und umweltfreundlichen Zukunft zu bewegen.- Schwimmende PaneeleIn einigen Ländern gibt es keine Plätze für die Anpflanzung von Solarzellen. Eine gute Lösung ist eine Batterie, die auf dem Wasser schwimmt. Ciel & Terre International, ein französisches Energieunternehmen, arbeitet seit 2011 an einem großen schwimmenden Solarprojekt. Eine Testversion wurde bereits vor der Küste des Vereinigten Königreichs installiert. Zurzeit wird die Umsetzung dieses Projekts in Japan, Frankreich und Indien geprüft.Wenn die ersten beiden Technologien nicht sehr beeindruckend sind, dann möchte ich Ihnen einfach fantastische Projekte vorstellen, von denen einige bereits Realität sind.- Drahtlose Stromversorgung aus dem WeltraumDie japanische Weltraumbehörde ist der Ansicht, dass “je näher an der Sonne, desto größer die Fähigkeit, Energie zu sammeln und effektiv zu verwalten”. Das Space Solar Power Systems Project plant, Batterien in die Erdumlaufbahn zu bringen. Die gesammelte Energie wird mit Hilfe von Mikrowellen drahtlos zur Erde zurückgesendet. Wenn das Projekt erfolgreich ist, wird diese Technologie einen echten Durchbruch in der Wissenschaft darstellen.- Energiespeichernde BäumeEin finnisches Forscherteam arbeitet an der Entwicklung von “Bäumen”, die Sonnenenergie in Blättern speichern. Es ist geplant, die Blätter zur “Energieversorgung” von kleinen Haushaltsgeräten und Mobiltelefonen zu verwenden. Höchstwahrscheinlich werden die Bäume mit Biomaterialien, die eine organische Pflanze nachahmen, in 3D gedruckt. Jedes Blatt erzeugt Energie aus Sonnenlicht, nutzt aber auch die kinetische Energie des Windes. Die “Bäume” sind so konzipiert, dass sie sowohl in Innenräumen als auch im Freien funktionieren. Das Projekt befindet sich derzeit in der Prototypentwicklung im Technischen Forschungszentrum in Finnland. – Solares GewebeEinige Wissenschaftler glauben, dass Strom nicht nur durch feststehende, mit Batterien ausgestattete Gebäude erzeugt werden kann. Sie arbeiten an der Entwicklung von Stoffen, in deren Fasern Solarzellen integriert sind. Das Endziel dieser Entwicklung ist, dass der Verbraucher Strom erzeugen kann, indem er einfach in die Sonne geht. Eine Methode besteht darin, ultrakleine Elemente herzustellen, die in den Stoff eingewebt werden können. Im Jahr 2018 gelang es englischen Designern, ein Produkt zu entwickeln, das 3 mal 1,5 Millimeter groß ist, also so groß wie ein Floh. 200 dieser Batterien wurden in einen Prototyp eingebaut, der eine Fitbit-Uhr aufladen konnte. Wir sprechen hier nicht von einer riesigen Strommenge, aber schon 2000 winzige Zellen sollten ausreichen, um das gleiche Smartphone aufzuladen. Solarzellen werden auch erfolgreich in schwerere Textilien wie Vorhänge und Zelte integriert, die tagsüber lange der Sonne ausgesetzt sind.Es besteht kein Zweifel, dass die Solarenergie unsere Zukunft ist. Gegenwärtig unternimmt der Mensch nur die ersten Schritte, um das wahre Potenzial der Sonne zu erschließen. Forscher auf der ganzen Welt arbeiten daran, die effizienteste Methode zur Speicherung und Umwandlung von Sonnenlicht in Energie zu finden. Ich hoffe, dass wir in naher Zukunft Zeuge wirklich grandioser Entdeckungen bei der Nutzung der Sonnenenergie werden.
Anna Chaikovskaya
