Aktive Solarenergie umfasst Solarstromsammelsysteme, die mechanische oder elektrische Geräte verwenden, um die Effizienz von Solarmodulen zu steigern und die eingefangene Sonnenenergie in elektrische oder mechanische Energie umzuwandeln . Zu diesen Geräten gehören unter anderem Ventilatoren, Wasserpumpen und Solartracker.
Im Gegensatz dazu werden Solarsysteme, die solche Geräte nicht verwenden, als passive Solarenergiesysteme klassifiziert, die die Sonnenstrahlung direkt nutzen.
Ein Beispiel für aktive Solarenergie ist ein Solartracker . Solartracker werden gelegentlich eingesetzt, um die Leistung von Photovoltaikmodulen zu verbessern, indem sie diese konstant auf die Sonne ausrichten.
Wie funktioniert aktive Solarenergie?
Aktive Solarenergie ist ein System, das Sonnenenergie mithilfe mechanischer oder elektrischer Geräte auffängt, speichert und verteilt, um sie zum Heizen, Kühlen und zur Stromerzeugung zu nutzen.
Im Gegensatz zur passiven Solarenergie, bei der zur Optimierung der Solarausbeute architektonische Gestaltung und Materialien zum Einsatz kommen, werden bei der aktiven Solarenergie spezielle Technologien eingesetzt, um die Effizienz zu maximieren.
Eine der wichtigsten Nutzungsmethoden sind photovoltaische Solarmodule , die Sonnenlicht mithilfe von Photovoltaikzellen in Elektrizität umwandeln. Dieser Strom kann in Batterien gespeichert oder direkt in das Stromnetz eingespeist werden.
Eine weitere Methode ist die Solarthermie , bei der mit Hilfe von Sonnenkollektoren eine Flüssigkeit (Wasser oder Luft) erwärmt wird, die dann zum Heizen, zur Warmwasserbereitung oder für industrielle Prozesse genutzt wird. Thermische Systeme können je nach Anwendung Nieder-, Mittel- oder Hochtemperatursysteme sein.
Um ihren Betrieb zu optimieren, umfassen diese Systeme normalerweise Pumpen, Ventilatoren und elektronische Steuerungen , die die Wärme- oder Stromübertragung regeln. Sie können auch Solartracker enthalten , die die Ausrichtung der Paneele anpassen, um die Strahlungsaufnahme zu maximieren.
Aktive Solararchitektur
Im Gegensatz zur passiven Solararchitektur, bei der es darum geht, architektonische Elemente so anzuordnen, dass Tageslicht und Wärmegewinn maximiert werden, umfasst die aktive Solararchitektur technologische Komponenten, die Sonnenstrahlung in nutzbare Energie wie Elektrizität oder Wärme umwandeln.
Zu diesen aktiven Systemen können Photovoltaikmodule zur Stromerzeugung aus Sonnenstrahlung, thermische Solarkollektoren zur Nutzung der Sonnenwärme zum Erhitzen von Wasser oder zur Beheizung von Räumen sowie Solarnachführsysteme gehören, die die Solarmodule dynamisch ausrichten, um sie im Tagesverlauf dem Lauf der Sonne zu folgen und so die Energiegewinnung zu maximieren.
Arten aktiver Solarenergie
Aktive Solarenergie kann photovoltaisch und thermisch sein.
Solarthermie
Solarthermie nutzt die direkte Sonneneinstrahlung zur Wärmegewinnung. Im Allgemeinen wird diese Energieart zur Warmwasserbereitung genutzt. Allerdings nutzen auch solarthermische Kraftwerke diese Technologie zur Stromerzeugung – sogenannte Solarkonzentratoren.
Warmwasser und aktive Solarheizung
Brauchwarmwassersysteme (DHW) ohne Thermosiphon verwenden Wasserpumpen und andere Elemente, um Wasser innerhalb ihrer Kreisläufe zirkulieren zu lassen.
Ausrichtung von Solarkollektoren
Die meisten Solarkollektoren werden auf festen Stützen mit Südausrichtung angebracht. Der Winkel wird so berechnet, dass sie jederzeit die größtmögliche Strahlungsmenge erfassen können. Allerdings wären diese Kollektoren noch effizienter, wenn sie ihre Ausrichtung relativ zur Sonne jederzeit ändern könnten.
Konzentrierte Solarenergie
Bei konzentrierter Solarenergie ist die Installation von Solar-Nachführsystemen erforderlich. Bei dieser Art der Installation ist eine Fokussierung der einfallenden Sonnenstrahlung auf einen einzigen Punkt erforderlich. Um dies zu erreichen, müssen die Spiegel ihre Neigung an den Stand der Sonne anpassen.
Die Funktion derartiger Anlagen wird in solarthermischen Kraftwerken mit dem Ziel der Stromerzeugung genutzt.
Photovoltaik-Solarenergie
Bei der aktiven Photovoltaik handelt es sich eindeutig um ein aktives System. Für die Stromerzeugung sind Photovoltaik-Module zuständig. Die Umwandlung in elektrische Energie erfolgt in den Fotozellen, aus denen das Modul besteht.
Die erzeugte Energie durchläuft dann Transformatoren und andere externe Elemente.
Um die Effizienz zu steigern, können wir die Solarmodule mit Hilfe eines Elektromotors ausrichten. Die optimale Leistung eines Solarmoduls wird bei senkrechter Sonneneinstrahlung erzielt.
Oftmals werden diese Anlagen zu hybriden Solarkraftwerken umgebaut. Ein hybrides Solarsystem ist ein Solarsystem , das Energieunterstützung aus anderen Energiequellen erhält. Die Energiequelle kann in diesem Fall ein elektrischer Generator oder eine andere erneuerbare Energiequelle wie beispielsweise Windkraft sein.
Unterschiede zwischen aktiver und passiver Solarenergie
Aktive Solarthermie kann aufgrund besserer Wärmeübertragung und -transport höhere Solareinsparanteile aufweisen als passive Systeme.
Eine interessante Hybridmethode ist die Nutzung eines Solarpanels zum Betrieb von Pumpen oder Ventilatoren. Durch Datenanalyse mithilfe von Wärmethermodynamik-Software können die Ergebnisse verschiedener aktiver und passiver Solarstrategien verglichen werden.
Passive Solarsysteme benötigen für ihren Betrieb keine zusätzliche Energie und verursachen daher keinerlei Wartungskosten. Darüber hinaus stoßen sie keine Treibhausgase aus und tragen somit nicht zur Verschärfung des Klimawandels bei.
Vergleich zwischen aktiver und passiver Solarenergie: Vor- und Nachteile
| Aspekt | Aktive Solarenergie | Passive Solarenergie |
|---|---|---|
| Effizienz | Höhere Effizienz durch Einsatz von Technologie (Panels, Pumpen, Ventilatoren) zur Maximierung der Energiegewinnung und -verteilung. | Weniger effizient, da es von der architektonischen Gestaltung und dem Standort des Bauwerks abhängt. |
| Anfangsinvestition | Hohe Investitionen für Ausrüstung und Installation (Solarmodule, Batterien, Pumpen usw.). | Niedrigere Anschaffungskosten, da sie auf Designstrategien wie Ausrichtung, Isolierung und thermischen Materialien basieren. |
| Klimaabhängigkeit | Bewölkte Tage können die Leistung beeinträchtigen, die Energiespeicherung mildert dieses Problem jedoch. | Vollkommen klima- und standortabhängig, keine Möglichkeit der aktiven Speicherung. |
| Wartung | Erfordert regelmäßige Wartung (Reinigung der Paneele, Überprüfung der Batterien und der mechanischen Ausrüstung). | Minimaler Wartungsaufwand, hängt lediglich vom Zustand der Konstruktion und ihrer Materialien ab. |
| Vielseitigkeit | Der Einsatz ist in allen Gebäudetypen und auch in Gebieten ohne Anschluss an das Stromnetz möglich. | Beschränkt auf Gebäude, die speziell nach passiven Solarprinzipien konzipiert sind. |
| Anwendungen | Stromerzeugung, Heizung, Kühlung und Warmwasser. | Passive Wärmeregulierung in Gebäuden (Belüftung, natürliche Beleuchtung, thermischer Komfort). |
| Umweltauswirkungen | Geringe Umweltbelastung, allerdings sind für die Herstellung von Paneelen und Batterien spezielle Materialien erforderlich. | Nahezu keine Umweltbelastung, da keine mechanischen oder elektrischen Geräte verwendet werden. |