Man muss sich bei der Diskussion um alternative Energie immer klar vor Augen halten: Die Sonnenenergie ist für praktisch alle Energiequellen die Basis. Ausser Geothermie und Kernkraft sind alle Energiearten Folgeprodukte der Sonnenenergie: Gas, Öl, Holz, Biogas und natürlich die Windenergie. Sonnenenergie ist pure Kernkraft. Im Kern der Sonne werden pro Sekunde 564 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 560 Millionen Tonnen Helium fusioniert. Man kann die Kernkraft dogmatisch ablehnen, sollte aber immer bedenken, dass ohne Kernfusion der Sonne keinerlei Leben auf unserem Planeten möglich wäre. In unseren Kernkraftwerken wird mittels Kernspaltung Energie gewonnen. Die Kernspaltung ist wesentlich einfacher zu kontrollieren als die Kernfusion, hat aber einen grossen Nachteil: Es entsteht zwar wenig aber doch giftig strahlender Abfall, der während tausenden von Jahren lebensfreindliche radioaktive Strahlung erzeugt.
Die Energie, die von der Sonne auf die Erde gestrahlt wird, entspricht dem zigtausendfachen jährlichen Energieverbrauch der gesamten Erdbevölkerung. Mit der Solarkonstante wird die konstante Energiemenge beschrieben, die von der Sonne auf die Erde gebracht wird. Sie beträgt 1,367 kW pro Quadatmeter Erdoberfläche, ist also die theoretische Basis für die Gewinnung dieser Energie zum menschlichen Nutzen. Diese Energie wird über das gesamte Sonnenspektrum geliefert. Dieses Spektrum besteht nicht nur aus Licht- und Wärmestrahlung. Für die Nutzung des Sonne als alternative Energiequelle werden vor allem diese beiden Bereiche des Spektrums genutzt.
Nutzung der Wärmestrahlung
Die Wärmestrahlung kann mit sogenannten Sonnenkollektoren geerntet werden. In Forschungseinrichtungen und grösseren Kraftwerken kommen auch die Bündelung mittels Spiegeltechnik zum Tragen. Während Sonnenkollektoren meistens auf Hausdächern installiert werden, sind die Anlagen mit Spiegeltechnik meistens eigene Bauwerke. Mit den Spiegeln wird eine Konzentration auf einen Punkt angestrebt, was Temperaturen von bis zu 10’000 Grad ermöglicht. Damit lassen sich interessante Prozesse anstossen, die ich hier nicht weiter beschreiben werde. In der Folge werde ich auf die populäre Technik der Sonnenkollektion vertieft eingehen. Sie ist für normale Bürger eine bezahlbare und völlig ausgereifte Möglichkeit, Energie, CO2 und langfristig auch Geld einzusparen.
Photovoltaik = Strom aus Sonnenlicht / Solarthermik = Wärme aus Sonnenlicht
Oft werden die beiden Technologien verwechselt. Es ist wichtig den Unterschied zu kennen. Denn sie funktionieren auf ganz unterschiedlichen physikalischen Ebenen und haben auch ganz unterschiedliche Vor- und Nachteile.
Solarthermik
Wie angedeutet, sehen wir uns nur die Funktion der Sonnenkollektoren an. Sie haben mittelfristig eine grosse Bedeutung für die Gewinnung von erneuerbarer Energie in der Schweiz. Warum? Hier ein paar wesentliche Punkte der Nutzung von Sonnenkollektoren:
- Grösster Wirkungsgrad aller bisher bekannten Lösungen
- Geringer Produktionsaufwand
- Wenig „graue Energie“ für Produktion und Installation
- Geringer Installationsaufwand
- Praktisch kein Wartungsaufwand
- Lange Lebensdauer
- Geringer Primärenergieaufwand für Betrieb
- Beste Gesamtenergiebilanz
In der Schweiz entfallen ca. 35% des Gesamtenergieverbrauchs auf die Heizung von Gebäuden. Das ist die Summe des Stroms für Regel- und Pumpaufwand und der Verbrauch an fossilen Energieträgern wie Gas- Öl und direkter elektrischer Heizleistung sowie das Heizen mit Holz und Biogas, welche hier bewusst separat aufgeführt sind. Die Warmwasseraufbereitung mit Strom wird in der Statistik nicht besonders ausgewiesen, macht aber einen grossen Anteil der rund 28% Stromverbrauchs der Haushalte aus. Wie gross der Anteil ist, weiss niemand genau. Dies kann am Besten mit einem Beispiel aus der Realität gezeigt werden und ist für jedes Projekt unterschiedlich. Dass es auf jeden Fall ein wesentlicher Teil zur Lösung der Energieversorgung darstellt, sieht man aus den eindrücklichen Zahlen:
Ein Beispiel, das Schule machen sollte
Die Liegenschaft Sennhof 102 in Remetschwil wurde von uns vor, während und nach der Sanierung genau beobachtet. Die Liegenschaft wurde von einem ruinösem Zustand im Jahr 1986 zum kleinen Bijoux gemacht. Leider hat man damals der Isolation keine grosse Beachtung geschenkt. Energie war genügend vorhanden, niemand hat sich darüber Gedanken gemacht.
Es wurde eine Holzheizung TIBA mit einem Warmwasserspeicher von 1’800 Liter Kapazität eingebaut. Der Warmwasserspeicher erhielt einen damals üblichen Elektro- Heizeinsatz mit einer Leistung von 12 KW. Das Konzept war zu dieser Zeit sinnvoll. Abgesehen vom gedankenlosen Einsatz elektrischer Energie hat das wunderbar funktioniert. Der Holzverbrauch war in den Jahren zwischen 1992 bis 2008 aber relativ hoch. 20 Ster Holz wurden jedes Jahr verbrannt. Die mangelnde Isolation hat sich bemerkbar gemacht. Der Marder schaffte den Rest zu einem praktisch „offenen“ Dach. Die Wärme wurde unten reingeschoben und verliess das Gebäude schon bald mittels Dach wieder.
Bei der Sanierung wurde das Dach komplett neu aufgebaut und mit einer Solaranlage ausgerüstet. Der alte Elektroboiler wurde durch einen „Solartank“ ersetzt, der wiederum mit dem bestehenden Warmwasserspeicher der Heizung mittels dreier Übergänge zu einer Speicherkapazität von 3’200 Litern verbunden wurde. Das Ergebnis ein Jahr nach der Sanierung lässt sich sehen: 50% weniger Stromverbrauch und ca. 30% weniger Holzverbrauch.
Warum ist dieses Beispiel so wichtig?
Mit der in diesem Fall optimalen Lösung zeigen wir den Weg, wie eine grosse Menge Strom gespart werden kann. Es gibt tausende solcher Gebäude, die mit der Sanierung einen entscheidenden Beitrag an die Reduktion des Energieverbrauchs leisten könnten. Während die Windenergie auf das Erzeugen von mehr Energie setzt und dies mit einem mageren Beitrag von ca. 5% (Zielgrösse 2020) erreichen will, kann mit der Kombination von Sonnenthermik und Gebäudeisolation sofort und nachhaltig mindestens 30% Stromverbrauch reduziert werden. Wer das System der Stromerzeugung und des Stromverbrauchs etwas kennt, weiss, dass das eine Reduktion von ca. 40- 50% der Erzeugung an der Quelle (Kraftwerk) zur Folge hat. Mit Windenergie ist das in der Schweiz deshalb niemals auch nur annähernd möglich, weil die Grundlagen für einen grösseren Anteil der Stromproduktion fehlen: Genügendes und regelmässiges Windaufkommen.
Sonne ist aber in genügender und nachweislich auch zuverlässiger Menge vorhanden. In den Monaten Dezember und Januar ist der Sonneneintrag relativ bescheiden. In dieser Zeit ist aber auch nicht besonders viel Wind vorhanden. Der kommt erst im März so richtig. Dann hat die Sonne bereits wieder genug Kraft, um mittels Sonnenkollektoren wesentlich bessere Wirkungsgrade als die Windkraft zu erreichen.
Dieses Beispiel soll aufzeigen, dass der indirekte Weg über die Windkraft in der Schweiz nicht funktionieren kann. Der finanzielle und technische Aufwand ist zu gross. Die Wirkung im Verhältnis zur Alternative Sonnenwärme zu bescheiden, als das sich dafür all die Nachteile von Windkraft rechtfertigen lassen würden.
Zum Heizen wird zusätzliche Energie benötigt
Da die Sonne in den Wintermonaten nur beschränkt genutzt werden kann, benötigt jedes Haus neben der Solaranlage immer auch noch eine sogenannte „Primäre Heizung“. Das kann alles bisher Bekannte sein: Kohle, Gas, Elektro, Holz oder auch Heizöl. Aus heutiger Sicht bewährt sich am besten Holz als „Primäre Heizenergie“. Es ist praktisch klimaneutral (setzt wenig und nur indirekt CO2 frei). Elektrisch wäre eine saubere Lösung, gäbe es da nicht die vielen, im europäischen Stromentz einspeisenden Kohle- und Gaskraftwerke, die den CO2 Haushalt stark belasten. Und damit eben auch indirekt die Produktion von Strom. Ausserdem ist Strom eine dermassen „edle“ Resource, dass man damit besser die intelligenten Steuerungen und die Erzeugung von Licht bedient, was durch keine andere Energiequelle abgedeckt werden kann. Auch der Betrieb von Pumpen für Kreisläufe in Energiesystemen werden sinnvollerweise mit Strom betrieben. Wenn das Pumpen keine zeitkritische Anwendung ist, bewährt sich die Windenergie zum Antrieb der Pumpen bestens (siehe Artikel „Windräder als Symbol gegen den Klimawandel„).
Für Heizzwecke eingesetzter Strom ist sinnlos, wird doch bereits für die Herstellung oft Wärme erzeugt, die mindestens teilweise ungenutzt in die Atmosphäre entlassen wird (Kühltürme). Fossile Brennstoffe wie Kohle, und Erdöl sind dringend zu vermeiden, da sie den Klimawandel beschleunigen. Für Gas aus fossilen Quellen gilt das Gleiche. Hier ist aber der Haupbestandteil das Molekül CH4 (Methan). Der relativ kleine Anteil Kohlenstoff verbindet sich dementsprechend seltener zu CO2 bei der Verbrennung. Gas aus Biogasanlagen ist unbedenklich solange das Rohmaterial nicht aus Lebensmitteln hergestellt wird. Kompogas, das auf der Nutzung von Haushaltsabfällen basiert, ist ebenfalls unbedenklich, weil die Essensreste ja sonst ungenutzt verbrannt würden.
Holz ist als Energieträger im Verbund mit Sonnenwärme also die beste Lösung für das Klima. Hier droht lediglich die Übernutzung der Wälder. Davon sind wir aber noch weit entfernt. Die Feinstaubbelastung kann übrigens durch saubere Feuerungstechnik auf einem erträglichen Niveau gehalten werden. Ausserdem wird das Thema Feinstaub vor allem in den Medien überzeichnet. Heutige Feinstaubkonzentrationen konnten vor wenigen Jahren noch gar nicht nachgewiesen werden und waren also de fakto inexistent.
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