Die erneuerbaren Energien - Die Zukunft Unserer Energieversorgung - page 196

r der Linsenoberfläche zu

r
( n −)

f = , (6.63)

wobei n die Brechzahl des Linsenmaterials ist. Ein sphärischer Spiegel hat die Brennweite

r
,

f = (6.64)

wenn die Spiegeloberfläche den Krümmungsradius r besitzt.

6.5 Die Solarenergie: Thermische Solarzellen

In der thermischen Solarzelle wird die Solarenergie ohne Lichtkonzentration in Wärme-
energie umgewandelt und daher sind solche Zellen technisch wesentlich einfacher: Sie
bestehen eigentlich nur aus dem Absorber. Aber auch thermische Solarzellen sind, wie die
Lichtkonzentratoren, auf die direkte Komponente der Sonnenstrahlung angewiesen. Da-
her bietet die Installation thermischer Solarzellen nur in den Gegenden einen Vorteil, in
denen die Sonne sehr ot scheint, wie zum Beispiel in Israel, wo thermische Solarzellen fast
auf jedem Haus anzutreffen sind.
Da der Lichtkonzentrator fehlt, muss die thermische Solarzelle eine entsprechend große
Fläche A a = A e besitzen. Dies hat zur Folge, dass die Temperaturen im Absorber nur Wer-
te um T a ≈ K erreichen. Der Grund ist, dass eine große Absorberfläche nach ( 6.74 )
auch verantwortlich ist für einen weitaus höheren Leistungsverlust als wir ihn bei den
Lichtkonzentratoren finden. Diese Leistungsverluste bewirken auch, dass der Wirkungs-
grad thermischer Solarzellen mit wachsender Absorbertemperatur T a immer kleiner wird
und bei einer bestimmten Temperatur T a,max den Wert η Wd = erreicht. Auf der P-Ebene
werden wir die physikalischen Grundlagen für dieses Verhalten untersuchen.
Damit die Absorbertemperatur überhaupt Werte T a > T erreicht, wobei T die Um-
gebungstemperatur ist, müssen die Leistungsverluste soweit als möglich reduziert werden.
Man verwendet dazu ein Verfahren, das auch die Erde verwendet, um die Umgebungs-
temperatur auf einen mittleren Wert T ≈ °C (288K) einzustellen, und das unter dem
Namen „ Treibhauseffekt “ bekannt ist. Der Treibhauseffekt ist wirksam, wenn thermische
Solarzellen die folgenden zwei Bedingungen erfüllen:

• Die Solarenergie wird mithilfe eines Absorbers in Wärmeenergie umgewandelt, der die
Eigenschaten eines schwarzen Körpers besitzt.
• Die vom Absorber emittierte Wärmestrahlung muss mithilfe selektiv beschichteter
Deckplatten wieder auf den Absorber zurück reflektiert werden.

Selektiv beschichtet bedeutet hier, dass die Deckplatte für die Sonnenstrahlungim Wel-
lenlängenbereich λ ⊙ transparent ist, das heißt, ein Transmissionsvermögen T ( λ ⊙ )=
besitzt. Die Wärmestrahlung vom Absorber im Wellenlängenbereich λ a muss aber von der