Die Idee der „nächtlichen Solarenergie“ mag auf den ersten Blick widersprüchlich erscheinen. Schließlich kommt Sonnenenergie von der Sonne, einer Licht- und Wärmequelle, die nur tagsüber verfügbar ist. Technische und wissenschaftliche Fortschritte verändern diese Wahrnehmung jedoch und eröffnen Möglichkeiten zur Speicherung und Nutzung von Solarenergie auch nach Sonnenuntergang.
Dieses Konzept der nächtlichen Nutzung von Solarenergie wird immer relevanter, da die Welt nach nachhaltigeren Lösungen sucht, um ihren wachsenden Energiebedarf zu decken.
Setzen Sie auf erneuerbare Energien und Speicher
Mit der Umstellung auf erneuerbare Energien wie Sonne und Wind besteht eines der größten Probleme darin, wie die erzeugte Energie gespeichert werden kann, wenn die Quellen nicht verfügbar sind. Im Gegensatz zu fossilen oder nuklearen Kraftwerken, die rund um die Uhr Strom erzeugen können, ist erneuerbare Energie intermittierend.
Die Sonne scheint nicht immer und der Wind weht nicht immer. Dies wirft eine grundlegende Frage auf: Wie kann eine konstante Stromversorgung in einer Welt sichergestellt werden, die zunehmend auf erneuerbare Energiequellen angewiesen ist?
Insbesondere bei der Solarenergie ist diese Herausforderung noch größer, denn obwohl tagsüber enorme Energiemengen erzeugt werden, tritt der Spitzenstrombedarf in vielen Regionen abends und nachts auf, wenn die Menschen in ihre Häuser zurückkehren und einschalten Leuchten, Haushaltsgeräte und elektronische Geräte.
In diesem Zusammenhang ist die Fähigkeit, Sonnenenergie zu speichern und abzugeben, wenn die Sonne nicht vorhanden ist, von entscheidender Bedeutung, um diese saubere Energiequelle vollständig nutzen zu können.
Wärmespeichertechnologie
Einer der vielversprechendsten Ansätze, Sonnenenergie für die Nachtnutzung zu speichern, ist die thermische Speichertechnologie. Eine der Schlüssellösungen in diesem Bereich sind solarthermische Systeme, auch bekannt als konzentrierende Solarkraftwerke (CSP). Im Gegensatz zu herkömmlichen Photovoltaik-Solarmodulen, die Sonnenlicht direkt in Strom umwandeln, verwenden CSP-Systeme Spiegel oder Linsen, um das Sonnenlicht an einem bestimmten Punkt zu konzentrieren.
Mit dieser konzentrierten Wärme lässt sich Dampf erzeugen, der wiederum eine Turbine antreibt, die an einen Stromgenerator angeschlossen ist.
Der Trick besteht darin, wie Sie mit der Hitze umgehen. Anstatt Sonnenwärme sofort zur Stromerzeugung zu nutzen, können CSP-Systeme diese in speziellen Materialien wie geschmolzenen Salzen speichern, die die Wärme auch nach Sonnenuntergang über viele Stunden hinweg speichern können. Diese gespeicherte Wärme kann bei Bedarf abgegeben werden, sodass Solaranlagen auch nachts weiterhin Strom produzieren können.
Der Einsatz geschmolzener Salze als Wärmespeichermedium ist besonders effizient, da sie extrem hohe Temperaturen erreichen können und somit dichte und effektive Energiespeicher darstellen.
Diese Technologie wurde bereits in mehreren Solaranlagen auf der ganzen Welt implementiert, beispielsweise in der Solaranlage Gemasolar in Spanien, die es dank ihres thermischen Speichersystems geschafft hat, 24 Stunden lang kontinuierlich Strom zu erzeugen.
Hochleistungsbatterien: eine ergänzende Lösung
Obwohl die Wärmespeicherung eine effektive Option ist, ist sie nicht die einzige Möglichkeit, Solarenergie auch nachts verfügbar zu machen.
Eine weitere sich schnell entwickelnde Lösung sind Hochleistungsbatterien, die es ermöglichen, tagsüber erzeugten Strom zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben. Lithium-Ionen-Batterien, wie sie beispielsweise in elektronischen Geräten und Elektroautos verwendet werden, werden für Anwendungen auf Netzebene skaliert, um Energie in großem Maßstab zu speichern.
Einer der Vorteile von Batterien gegenüber Wärmespeichern ist ihre Flexibilität. Batterien können Energie aus verschiedenen Quellen speichern, nicht nur aus Solarenergie, was sie zu einer vielseitigen Option für die Integration in kombinierte erneuerbare Energiesysteme (Solar, Wind usw.) macht. Darüber hinaus können Batterien an verschiedenen Orten installiert werden, von großen Solaranlagen bis hin zu kleinen Installationen in Häusern.
Tesla beispielsweise hat seine Powerwall- und Powerpack-Batterien mit dem Ziel entwickelt, erneuerbare Energiespeicher für Haushalte und Unternehmen bereitzustellen. Diese Batterien ermöglichen die Speicherung und Nutzung des tagsüber von Solarmodulen erzeugten Stroms, wodurch nicht nur die Abhängigkeit vom Stromnetz verringert wird, sondern auch Haushalte und Unternehmen ihre eigene Energie effizient erzeugen und verbrauchen können.
Lithiumbasierte Batterien sind nicht die einzige Technologie, die sich in der Entwicklung befindet. In diesem Sinne werden auch Alternativen wie Flow-Batterien und Festkörperbatterien untersucht, die eine höhere Speicherkapazität und Nutzungsdauer bieten könnten als die aktuellen.
Nachtsonnenkollektoren
Neben Speichertechnologien entstehen auch radikale Innovationen, die unsere Einstellung zur nächtlichen Solarenergie verändern könnten. Ein Forschungsbereich, der in letzter Zeit an Aufmerksamkeit gewonnen hat, ist die Möglichkeit, Solarmodule zu entwickeln, die auch im Dunkeln funktionieren.
Diese nächtlichen Sonnenkollektoren, die sich noch im Versuchsstadium befinden, würden auf einem physikalischen Prinzip basieren, das als Wärmestrahlung bekannt ist. Tagsüber absorbieren herkömmliche Solarmodule das Sonnenlicht und wandeln es in Strom um. Nachts strahlt die Erde jedoch Wärme in den Weltraum ab, wodurch ein Temperaturgefälle zwischen der Erdoberfläche und dem Weltraum entsteht.
Es gibt Untersuchungen, die untersuchen, wie dieser Wärmefluss mithilfe von Geräten namens Thermostrahlungsdioden genutzt werden kann, die theoretisch kleine Mengen Strom aus Wärmestrahlung erzeugen könnten.
Obwohl diese Technologie noch lange nicht kommerziell nutzbar ist, stellt sie einen innovativen Ansatz dar, der Energiespeichersysteme ergänzen und dabei helfen könnte, sogar Energieprozesse zu nutzen, die natürlicherweise nachts ablaufen.
Integration in das Stromnetz und die Zukunft der nächtlichen Solarenergie
Eine der größten Herausforderungen für Nachtsolaranlagen besteht darin, sie effizient in die aktuellen Stromnetze zu integrieren.
In vielen Ländern ist die Stromnetzinfrastruktur auf die Bewältigung konventioneller und zentraler Energiequellen wie Gas-, Kohle- oder Kernkraftwerke ausgelegt. Allerdings sind erneuerbare Energien, einschließlich Solarenergie, stärker verstreut und variabler, was bedeutet, dass Stromnetze intelligenter und flexibler werden müssen, um die Intermittivität und Variabilität dieser Quellen zu bewältigen.
Die Stromnetze der Zukunft müssen sich an bidirektionale Energieflüsse anpassen. Das bedeutet, dass die Netze nicht nur Strom von großen zentralen Kraftwerken beziehen können, sondern auch in der Lage sein müssen, Strom aus einer Vielzahl kleinerer Quellen zu beziehen, beispielsweise aus Häusern, die mit Solarpaneelen und Batterien ausgestattet sind.
Diese als „intelligentes“ oder „verteiltes“ Netz bekannte Vision könnte der Schlüssel dazu sein, sicherzustellen, dass nächtliche Solarenergie und andere Formen erneuerbarer Energie nahtlos in nationale Energiesysteme integriert werden können.
Mit der Weiterentwicklung von Technologien wie Wärmespeicherung, Hochleistungsbatterien und nächtlichen Solarpaneelen werden auch Maßnahmen zur Unterstützung der Einführung dieser Technologien von entscheidender Bedeutung sein. Regierungen und Versorgungsunternehmen werden eine entscheidende Rolle bei der Schaffung finanzieller und regulatorischer Anreize spielen, die den Übergang zu einem saubereren, flexibleren Energiesystem erleichtern.