Solarenergie

Wusstest Du, dass die Sonne der Erde im Durchschnitt circa 15.000 Mal so viel Energie zur Verfügung stellt, wie die Menschen verbrauchen können?

Bei der ganzen Energie, die die Sonne zur Verfügung stellt, würde es in vieler Hinsicht sinnvoll sein, die Solarenergie auszubauen und dadurch die fossilen Energieträger zu entlasten.

Aber was ist Solarenergie einfach erklärt, wie funktioniert sie und welche Vor- und Nachteile bringt Solarenergie mit sich?

Solarenergie – einfach erklärt

Solarenergie einfach erklärt ist eine der fünf bekannten erneuerbaren Energieformen.

Die weiteren Arten von erneuerbaren Energien sind:

• Erdwärme
• Windenergie
• Bioenergie
• Wasserenergie

Solarenergie – Definition

Solarenergie gehört zu den regenerativen Energieträgern und ist daher ein wichtiger Bestandteil zum Ausbau von erneuerbaren Energien.

Auch wenn wir sie nicht immer sehen, die Sonne gibt permanent Strahlung ab. Diese Sonnenstrahlung kann auf verschiedenen Wegen zur Gewinnung von Energie genutzt werden.

Solarenergie – Erklärung der Funktionsweise

Mit Solarenergie kann sowohl Wärme als auch Strom erzeugt werden. Bei beiden Möglichkeiten ist das Prinzip ähnlich: Sonnenstrahlen werden zum Beispiel von einem Kollektor aufgenommen.

Bei Kollektoren ist die Ausrichtung ausschlaggebend für die Effizienz beziehungsweise die Leistungsfähigkeit der Solaranlage. Die Sonne steht im Sommer am höchsten. Wenn die Sonnenstrahlen senkrecht auf die Kollektoren strahlen, wird am meisten Energie aufgenommen. Um eine senkrechte Einstrahlung der Sonne zu erhalten, wird eine Ausrichtung der Kollektoren zwischen 30 und 50° empfohlen.

Um zum Beispiel Warmwasser mit dieser Wärme zu produzieren, wird das Wasser durch einen Wärmeüberträger übertragen und gespeichert. Dann kann das Wasser erwärmt werden.

Einen Wärmeüberträger nutzt man, um Wärme, die etwa von der Sonne aufgenommen werden konnte, in Wärme umzuwandeln, die etwa für das Erwärmen von Wasser genutzt werden kann. Das ganze passiert mit einem Wärmeüberträgermittel, das ist meistens Wasser.

Wenn mit Sonnenenergie Strom erzeugt werden soll, wandeln die Kollektoren die Sonnenstrahlen in elektrische Energie um. Diese Energie wird dann in elektrische Spannung und letztlich in elektrischen Strom umgewandelt und kann für die Stromversorgung genutzt werden.

Solarenergie – Arten

Es gibt zwei verschiedene Arten, Solarenergie zu nutzen. Man unterscheidet zwischen:

• Photovoltaik
• Solarthermie

Photovoltaik

Photovoltaikanlagen werden zur Stromerzeugung aus Solarstrahlung genutzt.

Hauptkomponente einer Photovoltaikanlage sind die Kollektoren, die auch Solarzellen genannt werden. Es handelt sich bei diesen Solarzellen vorwiegend um zwei Siliziumschichten, die aufeinanderliegen und unterschiedlich – also positiv und negativ – geladen sind.

Silizium ist ein chemisches Element. Es handelt sich beim Silizium um einen Halbleiter. Das bedeutet, dass dieses Element je nach Temperatur als elektrischer Leiter oder Nichtleiter agiert. Bei niedrigen Temperaturen wirkt Silizium isolierend, das heißt, dass die Wärme besser im Gebäude gehalten werden kann. Bei höheren Temperaturen leitet Silizium Strom, das ist bei einer Photovoltaikanlage von großem Vorteil, da diese zur Stromversorgung genutzt werden.

Durch den photoelektrischen Effekt – der dazu führt, dass Elektronen aus den Atomen herausgelöst werden können – können sich die Elektronen bewegen und produzieren einen elektrischen Strom, der transportiert werden kann.

Bei dieser Form von elektrischem Strom handelt es sich jedoch um Gleichstrom, um den Strom für den Haushaltsgebrauch nutzen zu können, benötigt man jedoch Wechselstrom.

Wechselstrom erhält man durch eine Wechselrichter. Ein Wechselrichter dient dazu, Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Der Wechselstrom, der dadurch entsteht, kann dann für den Stromgebrauch genutzt werden und Du kannst unter anderem Dein Handy aufladen.

Solarthermie

Solarthermie wird zur Erwärmung von Wasser und zur Unterstützung der Heizung genutzt.

Kollektoren werden vorwiegend auf dem Dach platziert und nehmen die solare Strahlung durch einen Absorber – also Aufnehmer – auf. Dieser Absorber befindet sich in einem schwarzen, wärmegedämmten Kasten, der den Kollektor darstellt.

Durch den Absorber fließt eine Flüssigkeit, die man auch Wärmeträgerflüssigkeit nennt. Diese Flüssigkeit nimmt die Wärme auf und leitet sie weiter an den Wärmespeicher.

Vom Wärmespeicher wird die Wärme der Flüssigkeit dann bei Bedarf, zum Beispiel wenn man Duschen möchte, über Rohre an den entsprechenden Ort transportiert. Das Ergebnis: eine warme Dusche.

Solarenergie – Vor- und Nachteile

Solarenergie ist regenerativ und nachhaltig. Dennoch gibt es neben den vielen Vorteilen auch Nachteile, die man beim Ausbau von Solarenergie beachten sollte.

Solarenergie – Vorteile

Bei Solarenergie handelt es sich um eine regenerative Energieform – das bedeutet, dass die Energie aus Sonnenstrahlen nicht ausgeht. Fossile Energieträger sind das Gegenteil zu erneuerbaren Energien.

Erneuerbare Energien stoßen im Vergleich zu fossilen Energieträgern deutlich weniger Emissionen – etwa CO₂ – aus. Im Hinblick auf den Klimawandel ist das ein großer Vorteil, da sich die Erde bei geringerem Ausstoß von den sogenannten Treibhausgasen weniger erwärmt. Der Treibhauseffekt kann also durch die Nutzung von Solarenergie oder anderen erneuerbaren Energieformen abgeschwächt werden. Durch die Nutzung von fossilen Energieressourcen wird dieser Effekt verstärkt.

Sonne strahlt permanent und überall. Sofern die Sonne nicht explodiert bleibt das auch so und daher ist Sonnenenergie eine der bestmöglichen Formen an erneuerbarer Energie.

Zwar ist eine Solaranlage in der Anschaffung kostspielig, jedoch stellt man seine eigene Energie ohne weitere Kosten her. Das bedeutet, dass die Energiekosten nach dem Bau einer Solaranlage auf Dauer sinken.

Einmal gebaut, haben Solaranlagen eine Lebensdauer von etwa 25 Jahren und müssen nicht gewartet werden. Das spart ebenfalls Kosten.

Solarenergie – Nachteile

Im Sommer strahlt die Sonne sehr stark, während sie sich im Winter nur selten mal hinter dem wolkenbedeckten Himmel blicken lässt. Solarenergie schwankt also mit den Jahreszeiten, daher ist im Winter deutlich weniger Energie vorhanden als im Sommer. Im Winter muss man also auf andere Ressourcen zurückgreifen.

Solaranlagen sind teuer in der Anschaffung. Je nach Größe der Fläche belaufen sich die Kosten für eine Solaranlage auf dem Dach zwischen 9.600 und 18.800 Euro¹. Der Preis ist abhängig von der Größe des Daches.

Solarenergie – Gegenüberstellung Pro und Contra

Solarenergie – Deutschland und weltweit

Der sogenannte European Green Deal und das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz, das 2009 verabschiedet worden ist, sehen beide einen Ausbau an regenerativen Energien vor.

Aber wie viel Energie wird in Deutschland bereits aus solarer Strahlung bezogen und wie sieht das Ganze vergleichsweise weltweit aus?

Solarenergie – Deutschland

In Deutschland liegt die Sonneneinstrahlung pro Quadratmeter im Durchschnitt bei 1000 Kilowattstunden. Durch die jahreszeitlichen Schwankungen ist die solare Strahlung im Sommer bis zu 5-mal höher.

Vielleicht warst Du schon einmal an der Ost- oder Nordsee oder weißt von Erzählungen, dass das Wetter im Norden manchmal nicht mit den Vorstellungen eines Strandurlaubs übereinstimmt und es häufig bewölkt ist. Je südlicher Du Dich in Deutschland befindest, desto mehr Sonne kannst Du tanken. Im Süden scheint die Sonne nämlich mehr und die Anzahl der Sonnenstunden ist höher.

Lag der Anteil an Solarenergie 2003 noch bei 0,1 %, ist er im Jahr 2021 auf 8,8 % gestiegen². Dieser Anstieg folgt unter anderem daher, dass erneuerbare Energien entsprechend finanziell gefördert werden können.

Solarenergie – Weltweit

2020 wurden 760 Gigawatt Strom aus Solarenergie bezogen. 2002 waren es gerade einmal, 1160 Megawatt³.

Das bedeutet, dass nicht nur in Deutschland die Solarenergie stetig am Steigen ist, sondern auch weltweit.

Spitzenreiter ist dabei China mit 253,5 Gigawatt Leistung aus Sonnenenergie. Deutschland liegt auf Platz 4 mit 53,9 Gigawatt Leistung im Jahre 2020³. Weitere Länder, die einen hohen Anteil an Strom aus Solarenergie haben, sind zum Beispiel: Japan, Australien, Frankreich, Großbritannien, Indien und die USA.