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Solarenergie

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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 verbirgt sich eigentlich hinter der Solarenergie, wie funktioniert sie und welche Vor- und Nachteile bringt Solarenergie mit sich?

Solarenergie – Definition und Funktionsweise

Wenn es um die Nutzung von erneuerbaren Energien geht, ist Solarenergie eine der fünf bekannten nachhaltigen Energieformen.

Unter erneuerbaren Energien versteht man die Energieressourcen, die nachwachsend und somit nachhaltig sind. Das Gegenteil sind fossile Energien.

Fossile Energien sind Energieträger, deren Vorkommen beschränkt ist.

Die weiteren Arten von erneuerbaren Energien sind:

Solarenergie – Definition

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

Unter Solarenergie versteht man eine Energieform, die Energie aus der Strahlung der Sonne bezieht. Ein Synonym ist Sonnenenergie.

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.

Ein Kollektor ist eine Fläche, die Sonnenstrahlung aufnimmt. Diese Sonnenstrahlung kann dann weiterverarbeitet und in elektrische Energie umgewandelt werden.

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.

Photovoltaik beschreibt ein Verfahren, bei dem Lichtenergie aus der Sonne in elektrische Energie – also Strom – umgewandelt wird.

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.

Falls Du mehr über den Photoeffekt lernen möchtest, schau doch einfach bei den Erklärungen dazu im Bereich Physik vorbei.

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.

Gleichstrom ist Strom, der immer gleich gepolt ist, das bedeutet, dass er zum Beispiel immer positiv geladen ist. Wechselstrom hingegen wechselt seine Polung in regelmäßigen Abständen.

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.

Solarthermie beschreibt die Nutzung von solarer Strahlung für die Gewinnung von Wärme für Heizungen und von Warmwasser, für den Wassergebrauch im Alltag.

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.

Du möchtest mehr über den Treibhauseffekt und wie er die Erde erwärmt, erfahren? Dann schau mal bei der passenden Erklärung dazu vorbei.

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.

Die Sonne gibt es schon seit über 4,5 Milliarden Jahren. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Sonne auch noch knapp weitere 5 Milliarden Jahre bestehen wird. Jedoch nimmt die Intensität der Sonnenstrahlen immer weiter zu. Das wird irgendwann zu einem Problem für das Leben auf der Erde.

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 – Vor- und Nachteile, zusammengefasst

VorteileNachteile
schont die Umwelt, da weniger Emissionen ausgestoßen werdenjahreszeitliche Schwankungen
regenerativ und erneuerbarhohe Anschaffungskosten
permanente Strahlung, die örtlich nicht eingeschränkt ist
keine Wartungskosten
Senkung der Energiekosten auf Dauer

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.

Zum Vergleich: Eine Waschmaschine verbraucht pro Waschgang circa 0,55 Kilowattstunden Strom. Wenn Du Dein Handy jeden Tag auflädst, verbrauchst Du jährlich etwa 3,65 Kilowattstunden Strom. Mit 1000 Kilowattstunden Strom könntest Du also etwas weniger als 3 Jahre Dein Handy aufladen.

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.

Sonnenstunden nennt man die Stunden, in denen ein Gebiet – etwa ein Ort – solarer Strahlung ausgesetzt ist.

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.

Du interessierst Dich für erneuerbare Energien und, wie sie gefördert werden? Dann schau mal bei der Erklärung dazu vorbei.

Solarenergie – weltweit

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

1 Gigawatt können circa 280 Haushalte jährlich mit Strom versorgen. Das bedeutet, dass 760 Gigawatt Strom circa 212.000 Haushalte jährlich versorgt werden können.

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.

1000 Wattstunden = 1 Kilowattstunde

1000 Kilowattstunden = 1 Megawattstunde

1000 Megawattstunden = 1 Gigawattstunde

1000 Gigawattstunden = 1 Terawattstunde

Solarenergie – Das Wichtigste

  • Solarenergie wird aus solarer Strahlung gewonnen.
  • Man unterscheidet zwischen Solarthermie und Photovoltaik.
  • Solarthermie wird zur Warmwassererzeugung und Heizungsunterstützung genutzt.
  • Elektrischer Strom kann durch Photovoltaik gewonnen werden.
  • Es gibt verschiedenen Vor- und Nachteile, die Anschaffungskosten sind zum Beispiel sehr hoch, aber die Stromkosten werden auf Dauer gesenkt.
  • Deutschland ist weltweit auf Platz 4, wenn es um die Nutzung von Solarenergie geht, Spitzenreiter ist China.

Nachweise

  1. solaranlagen-portal.de: Lohnt sich eine Solaranlage?. (08.07.2022).
  2. statista.de: Anteil der Photovoltaik an der Bruttostromerzeugung in Deutschland in den Jahren 2002 bis 2021 . (09.07.2022).
  3. volker-quaschning.de: Weltweit installierte Photovoltaikleistung. (09.07.2022).
  4. solaranlage.eu: Solarthermieanlage. (09.07.2022).

Häufig gestellte Fragen zum Thema Solarenergie

Solarenergie macht in Deutschland 2021 circa 8,8 % aus.

Die Vorteile von Solarenergie sind vielfältig. Solarenergie ist regenerativ und erneuerbar, man hat keine Wartungskosten und die Energiekosten werden auf Dauer gesenkt.

Solarenergie funktioniert durch das Aufnehmen und Speichern von Sonnenstrahlung und Umwandlung in Energie und Wärme.

Die Solarenergie wurde durch die Entdeckung des photoelektrischen Effekts 1839 von Alexandre Edmund Becquerel gefunden.

Finales Solarenergie Quiz

Frage

Was versteht man unter Solarenergie?

Antwort anzeigen

Antwort

Energie, die aus solarer Strahlung gewonnen wird.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die beiden Arten von Solarenergie.

Antwort anzeigen

Antwort

  • Solarthermie
  • Photovoltaik
Frage anzeigen

Frage

Nenne die Form von Solarenergie, aus der Strom erzeugt werden kann.

Antwort anzeigen

Antwort

Photovoltaik

Frage anzeigen

Frage

Was kann man mit Solarthermie erzeugen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Warmwasser
  • Heizung kann unterstützt werden
Frage anzeigen

Frage

Auf welchem Effekt beruht die Solarenergie?

Antwort anzeigen

Antwort

auf dem photoelektrischen Effekt

Frage anzeigen

Frage

Nenne 3 Vorteile von Solarenergie.

Antwort anzeigen

Antwort

Mögliche Antworten:

  • regenerativ und erneuerbar
  • Sonne strahlt permanent
  • Senkung der Stromkosten auf Dauer
  • keine Wartungskosten
Frage anzeigen

Frage

Welche Nachteile gibt es bei Solarenergie? Nenne mindestens 2.

Antwort anzeigen

Antwort

Mögliche Antworten:

  • hohe Anschaffungskosten
  • jahreszeitliche Schwankungen
  • Speicherung der Wärme begrenzt
Frage anzeigen

Frage

Nenne die weiteren Formen von erneuerbaren Energien.

Antwort anzeigen

Antwort

  • Erdwärme
  • Bioenergie
  • Wasserenergie
  • Windenergie
Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Kollektor und wofür wird er genutzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Kollektor ist eine Fläche, die meist auf dem Dach platziert ist. Er nimmt Sonnenstrahlen auf.

Frage anzeigen

Frage

Welcher Winkel und welche Himmelsrichtung wird beim Bau einer Solaranlage empfohlen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Ausrichtungswinkel zwischen 30 und 50°
  • Ausrichtung in Richtung Süden
Frage anzeigen

Frage

Erkläre die Funktionsweise einer Photovoltaikanlage in 3 Schritten.

Antwort anzeigen

Antwort

  • Sonnenstrahlen werden durch Kollektoren aufgenommen
  • Umwandlung zu Wechselstrom in Wechselrichter
  • Verbraucher wird Strom zur Verfügung gestellt

Abbildung 1 hier einfügen, danke :)

(flashcard) DE-geographie-Nachhaltigkeit-Formen der Energiegewinnung-Photovoltaik


Frage anzeigen

Frage

Wie erhält man Warmwasser durch Solarenergie?

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Kollektoren nehmen Sonnenenergie auf
  2. Durch Wärmeträgerflüssigkeit wird Wärme in den Speicher transportiert
  3. Bei Bedarf wird Wärme aus Speicher zum Ort transportiert, an dem die Wärme gebraucht wird

Hier bitte noch Abbildung 2 einfügen, danke :)

Frage anzeigen

Frage

Erkläre den Unterschied zwischen Gleichstrom und Wechselstrom.

Antwort anzeigen

Antwort

Gleichstrom ist immer gleich gepolt, während beim Wechselstrom, in regelmäßigen Abständen, eine Umpolung stattfindet.

Frage anzeigen

Frage

Welche Länder beziehen am meisten Solarenergie zur Energieversorgung?

Antwort anzeigen

Antwort

China, Japan, Australien, Deutschland, Frankreich, Großbritannien und die USA.

Frage anzeigen

Frage

Wie hoch sind die Kosten zum Bau einer Solaranlage?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Kosten für den Bau einer Solaranlage können zwischen 9.600 und 18.800 Euro liegen.

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