Solarenergie und Energieerhaltungssatz?
Mir wurde als Kind folgendes erklärt: Bisher schien die Sonne auf die Erde und diese Energie wurde von der Erde wieder ins Weltall absorbiert. Jetzt ist es so, dass wir durch Solartechnik diese Sonnenenergie aufnehmen und in den Kreislauf der Erde bringen - die Frage die sich daraus ergibt: müsste sich die Erde nicht auch dadurch erwärmen?
7 Antworten
und diese Energie wurde von der Erde wieder ins Weltall absorbiert.
Diesen Zusammenhang hast Du etwas falsch verstanden , denn die eingehende Energieeinstrahlung wird teilweise ins Weltall reflektiert , teilweise zurück gestrahlt , und teilweise absorbiert .
- Reflektion geschieht direkt bereits während der Einstrahlung , und funktioniert mit zunehmender Helligkeit der Fläche umso besser . ( Albedo-Effekt )
- Abstrahlung geschieht nur im infraroten Wellenlängenbereich nach vorheriger Erwärmung der Erdoberfläche , und hier klappt das am besten bei wolkenlosem Himmel .
- Absorbtion findet vor allem in den Weltmeeren und sonstigen Oberflächengewässern statt , aber zu einem kleinen Teil auch in den Wasser(dampf-) Anteilen innerhalb der Atmosphäre . In die Weltmeere dringen die eingehenden Energiestrahlen komplett ein , und werden im rotwelligen Lichtanteil bereits sehr oberflächennah in Form von Wärmeübergabe ans Wasser absorbiert . Die blauen Lichtwellenanteile dringen am tiefsten ins Wasser vor . Ein gewisser Anteil wird aber optisch auch wieder direkt von der Wasseroberfläche ins All reflektiert .
Soweit mal ganz grob , denn ( dichte ) Bewölkung kann sowohl auf der Tag- / wie Nachtseite diese Prozesse erheblich beeinflussen .
Solarzellen bilden in diesem Bezug dabei eine Art Hybride aus Reflektion , Absorbtion und Energieumwandlung .
- Reflektion an der Oberfläche ähnlich wie bei Gewässern
- Absorbtion von Wärme im Substrat nur zu einem geringen Maße , aber um Faktor ~ 4-10 schwächer als im selben Volumen von Wasser . ( spezifische Wärmekapazität je Kilogramm & Kelvin der Materialien )
- nur etwa 15 bis 30 % der ankommenden Wellen des sichtbaren Lichts werden je nach Technologie der Zellen im reaktiven Substrat tatsächlich in elektrische Energie umgeleitet , und damit den natürlichen Kreislaufprozessen zumindest zeitweise entzogen .
Hier kommt jetzt aber das große Aber :
müsste sich die Erde nicht auch dadurch erwärmen?
Nein , denn bislang werden für die Erzeugung elektrischer Energie noch immer gigantische Mengen an fossilen Energieträgern eingesetzt , welche in sich ja bereits eine Art "Auf Erden gespeicherte Energie" darstellen . Während dieser energetischen Umwandlungsprozesse werden bereits je nach Energiewandlungsmaschine etwa 30 bis 60 % der im Brennstoff gespeicherten ( chemischen ) Energie direkt als Wärme an die Atmosphäre zurück gegeben .
Dazu dann auch noch jede Menge CO2 , welches seinerseits auch wieder die Abstrahlung von ( infraroten ) Wärmeanteilen durch die Atmosphäre ins Weltall erschwert .
Würden jetzt nur rein fiktiv große Teile der weltumspannenden ( kontinentalen ) Wüstengürtel mit Solarzellen überbaut werden , so würde es tagsüber durch die dunklen Module zwar bodennah duchaus noch wärmer , aber der Sand / das Geröll darunter blieben kühler , und die tägliche Wärmeenergie würde auch nicht mehr so tief und reichlich ins Erdreich vordringen . Damit würde es in diesen Regionen nachts entsprechend noch schneller noch kälter werden als bisher , weil die Solarzellen in sich nur relativ wenig Wärmeenergie in ihrem eigenen Material speichern können .
Es könnte in den Randbereichen dieser Regionen dann allerdings zu deutlich stärkeren Atmosphärenbewegungen ( Winden ) kommen zum atmosphärischen Energieausgleich ; insbesondere nahe zu den Ozeanen .
Unterm Strich dürfte es m.E. damit über längere Zeiträume gerechnet zu einer Abkühlung des gesamten Planeten kommen , was uns dann ggf. durchaus irgendwann wieder an den Rand umfassend zunehmenden Vergletscherung in den Polarregionen und hoher Gebirgszüge bringen könnte . ( und dann müßten wir wieder mit CO2 - Eintrag in die Atmosphäre kontern .... )
Wie Du bemerkst , ist das eine durchaus sehr komplexe Thematik , aber für eine Flächenüberdeckung z.B. einer Million KM2 mit Solartechnik wäre erst einmal eine GIGANTISCHE Menge an Energie zur Herstellung der Module ( Silicium + Glas ) / Trägersysteme für die moderne ( amorphe ) Dünnschicht -Techologie nötig .
Bisher schien die Sonne auf die Erde und diese Energie wurde von der Erde wieder ins Weltall absorbiert.
Das stimmt im Prinzip auch. Tagsüber wird die Erdoberfläche durch die Sonneneinstrahlung erwärmt und gibt dann die Wärme durch den Kontakt mit der Luft an diese ab, wodurch sich dann auch diese erwärmt.
Nachts strahlt die Erdoberfläche Wärme in Form von Infrarotstrahlung an das Universum ab (sofern der Himmel wolkenlos ist), kühlt dadurch ab und durch den Kontakt der Luft mit den kühleren Oberflächen kühlt auch diese ab.
Bei Solaranlagen ist es so, dass diese sich nicht so stark erwärmen, wie die daneben liegenden Flächen, weil ein Teil (ca. 20 - 30%) nicht in Wärme, sondern in Strom umgewandelt wird. Dieser erzeugte Strom wird dann aber in irgendwelchen elektrischen Anlagen in Wärme umgewandelt und an die Luft abgegeben.
Insgesamt wird die gesamte einstrahlende Sonnenenregie in Wärme umgewandelt. Nur die Stelle wo das geschieht, ist durch Solaranlagen etwas verschieden. In der Summe ändert sich dadurch aber nichts, wodurch sich keine zusätzliche Erwärmung ergibt. Egal, wo die Sonnenenenergie in Wärme umgewandelt wird, letztlich wird sie nachts wieder in das Universum abgestrahlt.
Selbst wenn das nicht so wäre, könnte ein möglicher Effekt nicht gemessen werden, denn der Anteil der eingestrahlten Sonnenenergie, der mit Solaranlagen in Strom umgewandelt wird, ist im Verhältnis zur gesamten eingestrahlten Energie dermaßen gering, dass er nur in Bruchteilen von Promille angegeben werden könnte.
Kurze Überschlagsrechnung:
In Deutschland gibt es zur Zeit rund 60 * 10^6 m^2 Solarflächen. Das sind rund 60 km^2.
Deutschland hat eine Fläche von rund 360 * 10^3 km^2.
Das bedeutet, der Anteil an Solarfläche an der Gesamtfläche Deutschland beträgt:
60 / 360 * 10^3 = 0,00017 = 0,017 %
Das ist in Bezug auf den Wärmehaushalt der Erde wirklich zu vernachlässigen.
Die eingestrahlte Sonnenenenergie nimmt die Erde so oder so auf, egal ob mit oder ohne Solarzellen.
Aber wie du selbst erklärst wurde sie bisher über Nacht wieder abgegeben, während sie jetzt in Umlauf gebracht wird (?)
Da der Solarstrom ja sofort verwendet und damit in Wärme umgewandelt wird, wird auch die in der folgenden Nacht wieder ins Universum abgestrahlt.
Andersrum wird ein Schuh draus. Während beid er Solarenergie die eingestrahlte Sonnenenergie sozusagen nur umgeleitet wird, gibt es bei der konventionellen E nergieerzeugung mittels Gas, Kohle oder Kernkraft tatsächlich einen zusätzlichen Energieeintrag in die Atmosphäre.
Bisher schien die Sonne auf die Erde und diese Energie wurde von der Erde wieder ins Weltall absorbiert
absorbieren heißt aufnehmen. Tut sie das, dann geht nichts mehr zurück in den Weltraum.
Du kannst auch mit einer Infrarotlampe oder Fön einen Gegenstand erhitzen. Der erwärmt sich auch. Er wird aber nicht unendlich heiß, da er wieder abkühlt. So ähnlich ist es bei der Erde auch.
Solarenergie wird aufgenommen und in elektronische Energie umgewandelt. Je nach Anwendungszweck dann noch mal anders. Aber es entsteht jedes Mal Wärme dabei.
Der Albedowert misst wie viel Sonnenenergie von einem Material wieder reflektiert wird. Bei Schnee sind es bis zu 90%. Bei Meerwasser sind es 5%. Bei Solarzellen 2-10%. Was war da vor der Solaranlage da? Schwarzes Dach oder grüne Wiese? Somit erhöhen Solaranlagen die Absorption, aber das ist doch auf Grund der wenigen Solaranlagen nur minimal, zum Beispiel im Vergleich zu einer neuen asphaltieren Straße.
Nein.
Die Sonneneinstrahlung hat auch bisher die Erde erwärmt, Wasser und Land unterschiedlich stark und zusammen mit der Rotation das Wetter angetrieben.
Wenn jetzt 0,01 % erst in Strom verwandelt wird und später in Wärme, macht das keinen Unterschied.
Sehr großflächige Solarflächen allerdings verändern das lokale Klima durch Beschattung. Es sind auch erhöhte Niederschläge zu verzeichnen.
Aha, die erhöten Niederschläge sind Folge der Beschattung durch Solaranlagen und nicht durch Klimaveränderung aufgrund von Erderwärmung?
"..... schien die Sonne auf die Erde und diese Energie wurde von der Erde wieder ins Weltall absorbiert."
Das ist so etwas unklar. Die Sonne bestrahlt die Erde. Ein Teil dieser Strahlung wird in das Weltall reflektiert, d.h. zurückgeworfen. Der andere Teil wird von der Erde absorbiert, d.h. aufgenommen. Ob diese Sonnenstrahlung nun von Wüstensand, Ackerboden, Dachziegeln oder Solarpanelen aufgenommen wird, ändert nichts an der Bilanz.
Die nicht zurück geworfene Energie (Wärme) geht also in jedem Falle "in den Kreislauf der Erde" und wird letztendlich auch in das Weltall abgestrahlt.
Alles klar soweit, oder noch Fragen dazu?
Während Wind- und Wasserkraftgewinnung Energie aus Energie die bereits in der Erde im Umlauf ist aufnimmt, nimmt Solarenergie Energie aus dem All auf und fügt sie in den Energieumlauf der Erde hinzu - oder sehe ich das naiv?