Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff
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HERZLICH WILKOMMEN ZUM THEMA SOLARE WASSERVERSORGUNG Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff INHALTSVERZEICHNIS 1 1. SOLAR 1.1 Definition der Solarenergie 1.2 Sonne - Energiequelle der Zukunft 1.3 Solarstromerzeugung a) Photoeffekt b) Solarzelle - Siliziumsolarzellen - Strom-Spannungs-Kennlinie - Kenndaten der Solarzellen - Spezielle Solarzellen 1.4 Solarspeicher Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff INHALTSVERZEICHNIS 2 2. WASSERVERSORGUNG 2.1 Begriffe der Wasserversorgung a) Wie funktioniert die Wasserversorgung? 2.2 Die 4 Säulen unserer Wasserversorgung a) Gewinnung b) Transport c) Speicherung d) Verteilung 2.3 Wasserverbrauch und -bedarf a) Tendenzen bei der Ermittlung des Wasserbedarfes b) Beispiele 3. Solarzelle Experiment Montage Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff SOLARERNERGIE SIE MACHT UNS FRÖHLICH EINE UNERSCHÖPLICHE ENERGIEQUELLE SONNE ALS LIEFERANTIN VON WERTVOLLER WÄRMEENERGIE Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff SOLARERNERGIE ENERGIE ERZEUGUNG SOLARZELLE VERBRAUCHER GLEICHSTROM UMRICHTER SPEICHER Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff SCHALTUNG STEURUNG DEFINITION DER SOLARERNERGIE SOLARERNERGIE = Energiegewinnung aus Sonnenstrahlung. Die Stromerzeugung mittels Sonnenkraft gewinnt zunehmend an Bedeutung. Sie wird über sogenannte Photovoltaik-Anlagen vorgenommen Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff SONNE-ENERGIEQUELLE DER ZUKUNFT DIE SONNE IST DIE GRÖßTE UND ERGIEBIGSTE ENERGIEQUELLE SIE BILDET DIE NATURLICHE LEBENSGRUNDLAGE FÜR MENSCHEN, TIERE UND PFLANZEN Die Möglichkeiten, die Sonne zur Deckung unseres Energiebedarfs zu nutzen, sind ebenso vielfältig wie beeindruckend. Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff PHOTOVOLTAIK GRIECHISCHES WORT FÜR LICHT + PHOTOVOLTAIK NAME DES PHYSIKERS ALESSANDRO VOLTA DIREKTE UMWANDLUNG VON SONNENENERGIE IN ELEKTRISCHE ENERGIE DURCH DIE ABSORPTION VON LICHT (PHOTONEN) IN EINEM HALBLEITER WIRD EINE ELEKTRISCHE SPANNUNG AUFGEBAUT Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff GRUNDPRINZIP DER NETZGEKOPPELTEN PHOTOVOLTAIKANLAGE Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff SOLARZELLE: SILIZIUMSOLARZELLE PRINZIPIELLER AUFBAU - DICKE n-SCHICHT= 0,001 mm - DICKE p-SCHICHT = 0,6 mm - DEN ÜBERGANG ZWISCHEN n-SCHICHT UND p-SUBSTRAT NENNT MAN p/n-ÜBERGANG Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff STROM-SPANNUNGS-KENNLINIE Solarzellen sind sehr großflächige Fotodioden - Die Kennlinie der Solarzelle ist die einer Diode - Bei Beleuchtung rutscht die Kennlinie immer mehr in Richtung Sperrstrom, bis zum Kurzsschlussstrom Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Die Kennwerte einer Solarzelle sind * Leerlaufspannung UOC (auch VOC) * Kurzschlussstrom ISC * Spannung im bestmöglichen Betriebspunkt UMPP (auch VMPP) * Strom im Betriebspunkt mit maximaler Leistung IMPP * Maximale erzielbare Leistung: PMPP Solarzellenhersteller geben diese unter standardisierten Bedingungen maximal erzielbare Leistung in der Einheit kWp, sprich „Kilowatt-Peak“ an Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff -Der Füllfaktor bezeichnet den Quotienten aus der maximalen Leistung einer Solarzelle und am Maximum Power Point und dem Produkt (MPP) aus Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom. - Koeffizient für die Leistungsänderung mit der Zelltemperatur - Zellwirkungsgrad Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff SPEZIELLE SOLARZELLEN - Solarzellen aus monokristallinem Silizium - Solarzellen aus polykristallines Silizium - Dünnschichtzellen . Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff MONOKRISTALLINE SOLARZELLE ERKENNBAR DURCH GLATTEN OBERFLÄCHE FARBE: DUNKELBLAU bis SCHWARZ WIRKUNGSGRAD: VON 14 bis 18 PROZENT HERSTELLUNGSVERFAHREN: SEHR ENERGIEAUFWENDIG Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff POLYKRISTALLINE SOLARZELLE HERSTELLUNG: ENERGIESPARENDER + MODULE SIND PREISWERT WIRKUNGSGRAD: 2 PROZENT NIEDRIGER ALS BEI DEN MONOKRISTALLINEN VERFAHREN: SILIZIUM SCHMELZE EINFACH IN BLÖCKE GEGOSSEN Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff DÜNNSCHICHTZELLEN SOLARZELLEN MIT ETWA 100 MAL DÜNNERER SCHICHTDICKE: HAT WENIGER ALS 1 µm HALBLEITERMATERIAL: SILIZIUM ODER Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff WIRKUNGSGRAD Materialsystem Wirkungsgrad Lebensdauer Amorphes Silizium 5-10 % < 20 Jahre Polykristallines Silizium 10-15 % 25-30 Jahre Monokristallines Silizium 15-20 % 25-30 Jahre Galliumarsenid (Einschicht) 15-20 % Galliumarsenid (Zweischicht) 20 % Galliumarsenid (Dreischicht) 25 % (30 % bei AM0) >20 Jahre Galliumindiumphosphid + Galliumindiumarsenid 40,8%[20] (non-STC) Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff SOLARSPEICHER Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff WASSERVERSORGUNG WASSERQUELLE GEWINNUNGANALYSE AUFBEREITUN GANALYSE VERSORGUNG EINHEIT Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff - MAßNAHMEN ZU BESCHAFFUNG - AUFBEREITUNG WASSERVERSORGUNG - SPEICHERUNG - ZUFÜHRUNG - VERTEILUNG VON TRINKWASSER UND BRAUCHWASSER Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff WASSERVERSORGUNG WASSERVERSORGUNG: IST DIE DECKUNG DES WASSERBEDARFS DER WOHN- UND ARBEITSSTÄTTEN DER MENSCHLICHEN GESELSCHAFT, DER SICH AUS DER ANALYSE DES DERZEITIGEN UND DES KÜNFTIGEN BEDARFS EINES PLANUNGSRAUMS ERGIBT. ES WERDEN UNTERSCHIEDEN: - ÖFFENLICHE WASSERVERSORGUNG - EIGENWASSERVERSORGUNG - ZENTRALEWASSERVERSORGUNG - EINZELWASSERVERSORGUNG Umweltringsvorlesung von Pr Dr Bärwolff WIE FUNKTIONIERT DIE WASSERVERSORGUNG ? Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff AUFGABE DER WASSERVERSORGUNG - NOTWENDIGKEIT TRINKWASSER HERZUSTELLEN - BRAUCHWASSER ZU VERFÜGUNG ZU STELLEN ZB: IN DEUTSCHLAND SIND 99% ALLER HAUSHALTE AN DIE ÖFFENTLICHE TRINKWASSERVERSORGUNG ANGESCHLOSSEN IN AFRIKA SIND Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff DIE 4 SÄULEN UNSERE WASSERVERSORGUNG - GEWINNUNG - TRANSPORT - SPEICHERUNG - VERTEILUNG Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff GEWINNUNG WASSERGEWINNUNG IST MEHR ALS NUR WASSER SCHÖPFEN. GRUNDWASSERSCHUTZ UND AUFWÄNDIGE QUELLFASSUNGEN SIND VORAUSSETZUNGEN DAFÜR, DASS 365 TAGE IM JAHR RUND UMD DIE UHR FRISCHES GESUNDES TRINKWASSER DIREKT AUS DEM WASSERHAHN ZUR VERFÜGUNG HABEN Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff TRANSPORT DER TRINKWASSERTRANSPORT HAT FOLGENDEN AUFGABEN: - PFLEGE, WARTUNG UND ORDNUNGSGEMÄßE LAGERUNG DES MATERIALS (Trinkwasserbehälter, Anschlüsse, Schläuche usw.) - DESINFEKTION DER TRINKWASSERBEHÄLTER - AUFNAHME UND VERLADUNG DES TRINKWASSERS IN BEHÄLTERN Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff SPEICHERUNG AUFGABE DER WASSERSPEICHERUNG: - AUSGLEICH VON VERBRAUCHSSCHWANKUNGEN - EINHALTEN VON DRUCKBEREICH, DRUCKZONENVERSORGUNG - ÜBERBRÜCKEN VON BETRIEBSSTÖRUNGEN - BEREITHALTUNG VON FEUERLÖSCHWASSER Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff VERTEILUNG DIE WASSERVERTEILUNG ERFOLGT FAST AUSSCHLIESSLICH DURCH ROHRLEITUNG Verteilung der Trinkwassernutzung [Quelle: SAHRA, 2001] Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff WASSERVERBRAUCH UND -BEDARF Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff WASSERVERBRAUCH UND -BEDARF Täglicher Wasserverbrauch in Litern Duschen & Baden Toilette Waschen Kleiner Betrieb/Gewerbe Körperpflege Reinhalten von Wohnung & Auto Spülmaschine Garten Essen und Trinken Insgesamt Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff 39 34 15 11 7 7 7 4 3 127 DAS LAND BANGLADESH Hauptstadt: Dhaka Ein Land großer als Bayern und kleiner als italien, ist nur 144 000 Km^2. Religion: Moslems (meist Sunniten) 88%, Hindus 11% Klima: Subtropisches Klima mit hoher Luftfeuchtigkeit u. reichen Niederschlagen Analphabetenquote:59% Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff BINNENVERKEHR UND DIE FISCHEREI In Bangladesh gibt es viele Flüsse, daher findet ein grosser Teil des täglichen Lebens auf dem Wasser statt. Der Ganges vereinigt sich im Süden des Landes mit dem Meer und bildet dort das riesige Gangesdelta. Fischerei Binnenverkehr DAS LAND BANGLADESH Grundwasser ist die wichtigste Quelle für die Wasserversorgung in Bangladesh. Die Förderung wird in Küstengebieten durch hohe Salzkonzentrationen und in bergigen Gebieten durch erschwerten Zugang zum Grundwasser eingeschränkt. Trinkwasserquelle: 82 % der städtischen und 72 % der ländlichen Bevölkerung Abwasserkanalisation: 27 % der Bevölkerung in Dhaka und 0 % der restlichen Bevölkerung Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff DAS LAND BANGLADESH WELCHE UMWELTPROBLEME HAT DAS LAND? - Das Salzwasser kommt auf die Felder und diese werden dann unbrauchbar. - Das Grundwasser wurde durch das Halbmetall Arsen vergiftet - Die großen Deichbauten sind sowohl aus Gründen des Umwelt- als auch des Hochwasserschutzes nicht unbedingt zu befürworten - Zugang zu Trinkwasser 74% - Überschwemmungskatastrophen Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Trinkwasserqualität und Trinkwassersituation Ein großer Teil des Landes ist davon getroffen Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Schicksal spielen in Bangaladesch Überschwemmungskatastrophen Nur wenige Gebiete liegen mehr als 50 Meter über dem Meeresspiegel. Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Anforderungen an eine Trinkwasserdesinfektionsanlage (BANGLADESH) Die wichtigsten Anforderungen an eine Trinkwasserdesinfektionsanlage: • Appetitlichkeit des Wassers • Schnelle Wirksamkeit • Vermeidung schädlicher Nebenprodukte • Schutz gegen Wiederverkeimung • Niedrige Kosten • Niedriger elektrischer Energiebedarf Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Verschiedene Verfahren der Trinkwasserdesinfektion Chemische Verfahren - Chlor oder Hypochlorit - Chlordioxid - Ozon Physikalische Verfahren - UV-Desinfektion - Abkochen Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Beispiel Trinkwasser in Bangaladesch Wasseraufbereitungssystem von Siemens, damit kann nun auch in entlegendsten Gebieten Trinkwasser gewonnen werden Beim SkyHydranten wird Wasser durch rund 20 000 feinste Fasern gepresst, so dass alle Krankheitserreger mit Durchmessern über 0,1 µm entfernt werden. Das System kommt ohne elektrische Energiezufuhr oder Aufbereitungschemikalien aus und ist mit jährlichen Kosten von unter 0,20 € pro Person auch für die ärmsten Kommunen der Entwicklungsländer erschwinglich. SkyHydrant in Bangladesch: Trinkwasser schnell verfügbar Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Beispiel Trinkwasser in Bangaladesch (Filterkuchen) Sauberes Trinkwasser gefiltert durch den Sonofilter Arsenhaltiges Grundwasser wird gepumpt Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff 20 bis 25 Liter. Jeder Behälter fasst 24 Liter. Wartezeit 2-3 Minuten PERSPEKTIVEN FÜR BANGALADESCH - Welche Maßnahmen werden zur Verbesserung der Situation getroffen? - Was muss (noch) getan werden? - Wer kann unter Umständen helfen und wie? Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff SOLARZELLE EXPERIMENT MONTAGE Schaltung zur Aufnahme der Kennlinie Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Aufgenomene Werte der Solarzelle WERTE EINER SOLARZELLE I (mA) U (V) 8,07 0,6074 8,06 0,0988 8,07 0,1379 8,07 0,2535 8,03 0,4116 8,01 0,5722 7,96 0,8200 7,91 1,2064 7,80 1,6257 6,83 2,0588 Umweltringvorlesung von5,75 Prof. Dr. Bärwolff 2,3053 EXPERIMENT MONTAGE Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Wie erkennt man ein Sperrrichtung in der Solarzelle? Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Schaltung: Solarzelle mit Motor Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff Zusammenfassen Umweltringvorlesung von Prof. Dr. Bärwolff
