?km² Solarzellen = 1 Atomkraftwerk
Ich würde gerne wissen wie viel an Fläche an Solarzellen man bräuchte um ein Atomkraftwerk zu ersetzten. Ich hab schon nachgegooglet aber finde komplett unterschiedliche Aussagen (der eine sagt: Fläche von Deutschland, und der andere: Fläche von Luxemburg)
Ich hoffe mir kann einer helfen :) Danke schonmal im Voraus
6 Antworten
wie viel PS hat ein Rennwagen, wie viele Kalorien eine Tafel Schokolade? was kostet eine Tüte Gummibärchen, wie hoch ist ein Fernsehturm? wie schnell rennt eine Katze....
das sind alles so fragen, die man pauschal schwer beantworten kann... nehmen wir als Maßstab mal das AKW Bibiis A das hat eine Netto Leistung von von 1225 Megawatt.
für die Nerds unter euch. das sind etwas über 1.21 Gigawattt - heiliger Thomas Alva Eddison, wo kriegt man so viel Energie her?
aber zurück zur Frage. davon ausggangen, dass ein gutes Panel etwa 180 Watt je m² liefert sind wir hier irgendwo im Bereich von knapp 7 Quadratkilometern. das ist gerade mal so n Dorf oder so...
allerdings reden wir hier von Bruttoleistungen! das heißt, die Sonne ballert mit 1000 Watt je m² auf das kühle Panel. ein Idealzustand, der wohl hier zu lande auszuschließen ist...
für den Standort Siegen habe ich mit einem genau nach süden ausgerichteten Dach und 30° Neigung einen Ertrag von 120 kWh pro m² und Jahr errechnet.
nach diesem Modell, unser genanntes AKW liefert übers Jahresmittel etwa 7,4 Milliarden Kilowattstunden, komme ich auf eine benötgte Fläche von rund 61,5 km² (etwa 20% der Fläche von München...
bei der Sache gibt es aber immernoch einen Haken: nachts scheint die Sonne nicht.
rechnet man verfügbarkeit, variable größe etc. mit ein reicht die fläche einer durchscnittlichen Stadt aus, um ein Atomkraftwerk zu ersetzen, allerdings nur in Verbindung mit Speichertechniken z.b. Pumpspeicher.
hoffe das hilft ein wenig weiter
lg, Anna
Die Frage ist, was du mit "ersetzen" meinst. Um eine Million kWh (1 GWh) in einem Jahr zu produzieren, brauchst du in etwa ein Hektar Solarzellen.
Ein typische Atomkraftwerk in Deutschland produziert im Jahr 1300 MW x 8000 Std (90% Verfügbarkeit) also in etwa 10000 GWh. Somit bräuchtest du 10.000 hektar oder 100 km2 um die gleiche Menge Strom zu produzieren wie ein AKW.
Der Unterschied ist, beim AKW kann man steuern, wie viel Strom produziert wird, bei Solarzellen bestimmt das Wetter die produzierte Strommenge. Somit kann man sogenannte "Grundlastkraftwerke" (Atom, Gas, Kohle, Wasser) nie vollständig durch "Variabele Last" (Wind, Sonne) ersetzen.
Das ist eine gute Frage. Hier solltest Du aber weiter berücksichtigen, das Kernkraftwerke rund um die Uhr, bei Wind und Sonne, ohne Wind und Sonne Strom liefern. Solarzellen liefern nur wenn die Sonne scheint. Also technisch reichen eben Solarzellen selbst nicht aus, man brauch auch ein Strompuffer-System wie Stauseen oder Druckluftspeicher.
Aber gut, der Einfachheit rechnen wir mal mit einem schon vorhandenen Puffersystem, z.B. Stauseen (ist in der norddeutschen Flachebene jedoch unmöglich).
Die Sonne sorgt außerhalb unserer Atmosphere für eine Leistungs-Dichte von 1,37 kW pro m². Diese Größe ist über der Zeit relativ konstant. daher nennt man sie Solar-Konstante
de.wikipedia.org/wiki/Solarkonstante
Da die Atmosphäre Strahlung absorbiert und reflektiert, kommen etwa nur 78% durch. Durch die Krümmung der Erde gibt es weitere "Verluste". Die Krümmungsverluste werden mit dem "sin(Breitengrad)" beschrieben.
Für Deutschland gilt: 1,37 kW/m² * 0,78 *sin(45°) =0,75 kW pro m², jedoch nur ohne Wolken bei bestem Wetter zur Mittagsstunde.
Da die Sonne nachts nicht scheint, es sehr oft bewölkt ist und die Sonne im Winter viel tiefer steht als im Sommer ergibt sich über ein Jahr eine gemittelte solare Leistungsdichte 0,12 kW pro m²
de.wikipedia.org/wiki/Solarthermie
Da wir die Existenz von Strompuffer-Systemen voraus gesetzt haben, arbeite ich jetzt mit diesen übers Jahr gemittelten 0,12 kW/m² Sonnen-Licht-Leistung weiter. Möchte man nun Strom haben, benutzt man z.B. Solarzellen, welche im Schnitt einen Wandlungs-Wirkungsgrad um 20% haben. Also haben wir gemittelt über ein Jahr hier in Deutschland 0,12 kW/m² * 0,2 = 0,024 kW pro m² oder besser 24 W pro m² Strom.
Ein Kernkraftwerk in Deutschland hat eine elektrische Leistung von 1.300.000 kW. Also benötigst Du 1.300.000 kW / 0,024 kW =54.166.666 m² = 54,2 km² Solarzellen, jedoch eben auch ein Puffersystem.
Das Puffersystem hat auch nur einen Wirkungsgrad kleiner als 100%. Die deutschen Pumpspeicherkraftwerke z.B. haben einen Wirkungsgrad von 70%. 30% der elektrischen Energie gehen durch die Pufferung verloren. Diese 30% mussen jedoch für den KKW-Vergleich vorher berücksichtigt werden. Also muss man die Solarzellenfläche um den Faktor 1,3 vergrößern, welches dann auch die Verluste im Speichersystem ausgleicht. Neben bei, Pumpspeicher-Puffersysteme haben den höchsten Puffer-Wirkungsgrad.
de.wikipedia.org/wiki/Pumpspeicherkraftwerk
Also pro 1 BRD-KKW (1,3 GW elektrisch) benötigt man: 70.416.666 m² =70,4 km²
Zum Vergleich, Berlin hat eine Fläche von 891,7 km² also ca. die 10'fache Fläche eines solchen Solarzellen-Feldes, jedoch muss die Puffertechnik und deren Ausmaße noch oben drauf. Würde man jetzt lieber mit „Wind-Gas“ den Strom puffern wollen, liegt der Strompuffer-Wirkungsgrad nur bei 30% (Carnot-Prozess). Um diese 70% Pufferverlust zu kompensieren, müsste das Solarzellen-Feld nicht nur um einen Faktor 1,3 sondern um einen Faktor 1,7 vergrößert werden also 54,2 km² * 1,7 = 92,1 km².
Wollte man 100%-Solar oder Windstrom haben, müssten die gegenwärtigen Pumpspeicher-Kapazitäten der BRD um einen Faktor 100 ausgebaut werden. Jedoch ginge das auch nur dort, wo die Geologie eine Vorlage gibt, also nicht in der norddeutschen Flachebene.
Niemand kommt auf die Idee, 100 % des Strombedarfs mit Wind und Sonne zu decken. Daher ist auch die Notwendigkeit, 100 % des Strombedarfs speichern zu können, völlig überflüssig. Außerdem sind ja Pumpspeicherwerke nicht der einzige Weg, Strom zu speichern.
Deine Rechnung mit dem Wandlungs-Wirkungsgrad von 20 % kann nicht stimmen. Weiß nicht, woher diese Angabe stammt. Mit den Anfängen unserer Rechnung liegen wir ja ziemlich gleichauf. Und da ich selbst eine Solaranlage betreibe, kann ich von den echten Ergebnissen sprechen und da liegt man im langjährigen Durchschnitt bei dem genannten Wert von ca. 100 W pro 1 m². Und das in Norddeutschland über das ganze Jahr gerechnet, also einschließlich Nacht und Wolken usw.
@schmidtmechau: Was haben denn Deiner Meinung nach Solarzellen für einen Wirkungsgrad?
http://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle#Materialien
"...Polykristalline Zellen, auch Multikristalline Zellen genannt (poly-Si oder mc-Si), besitzen relativ kurze Energierücklaufzeiten und wurden die verbreitetsten Zellen. Sie erreichen im großtechnischen Einsatz Wirkungsgrade bis zu 16 %. Der Verzicht auf das energie- und zeitaufwändige Rekristallisieren eines Einkristalls wird mit etwas geringeren Leistungen erkauft. Experimentelle Zellen erreichen Wirkungsgrade bis zu 18,6 % ..."
Bei den rein kristallinen sieht es nicht viel besser aus. Immer schön die real existierende Technik im Blick haben ! Natürlich kam letztens eine Nachricht, wo jemand eine Solarzelle unter Laborbedingungen mit 42% hergestellt hat. Wie gesagt, unter Laborbedingung. Hier ist noch keine preisliche oder rohstofftechnische Optimierung erfollgt. Unter Laborbedingung ist es auch kein Problem den nuklearen Abfall restlos zu beseitigen. Also immer schön vorsichtig mit solchen Aussagen :-)
100 W pro 1 m². Und das in Norddeutschland über das ganze Jahr gerechnet, also einschließlich Nacht und Wolken usw.
Das geht nicht!
Habe das mal selber nachgerechnet, finde die Rechnung aber nicht mehr.
Wenn man folgende Erfindung machen würde: Dachziegel werden direkt mit einer Dünnschichtfolie überzogen, sodass alle nach Süden geneigten Dachflächen Deutschlands damit gedeckt werden können, dann könnte man ein Vielfaches des heutigen Stromverbrauches damit erzeugen.
Da Solarkraftwerke nur Zufallsstrom liefern und nicht bedarfsorientiert wie z.B. Kernkraftwerke, lassen sich Solarkraftwerk überhaupt nicht mit Kernkraftwerke vergleichen. Nachts ist es dunkel, da reicht ganz Europa nicht aus, um ein KKW zu ersetzen.
> Wollte man 100%-Solar oder Windstrom haben, müssten die gegenwärtigen Pumpspeicher-Kapazitäten der BRD um einen Faktor 100 ausgebaut werden. Jedoch ginge das auch nur dort, wo die Geologie eine Vorlage gibt, also nicht in der norddeutschen Flachebene.
Und das ginge nur, wenn nicht Grüne und Umweltschützer massiv gegen die Pumpspeicherwerke protestieren würden und sie damit verhindern. Wir haben allerdings auch keinen Platz für 100 Pumspeicherwerke in Deutschland.
Also der Weg mit den Pumpspeicherwerken ist Illusion.