So geht nachhaltige Energiegewinnung aus Solarenergie

Erneuerbare Energie

Seit Milliarden von Jahren existiert sie: die Sonne. Sie versorgt uns jeden Tag neu mit Wärme und Energie. Ohne sie wäre das Leben auf der Erde undenkbar. Die Kraft, die in ihr steckt, wird seit mehreren Jahren genutzt, um Strom zu erzeugen. Solaranlagen sind heutzutage überall zu sehen, ob auf den Dächern großer Firmen, auf Bauernhöfen oder Privathäusern. Ihre Technologie entwickelt sich ständig weiter.

Welchen Stellenwert hat Solarenergie in Deutschland im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energien? Und wie funktioniert Sonnenenergie überhaupt? Wie lässt sie sich nutzen? Die Antworten auf diese und weitere Fragen entdecken Sie in diesem Artikel.

Stand heute: Solarenergie in Deutschland

Seit in Deutschland der Übergang von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energien beschlossen wurde, entwickelt sich die Energieerzeugung aus regenerativen Quellen immer schneller. Dementsprechend wechseln viele Verbraucher zu erneuerbaren Energiequellen.

Im weltweiten Vergleich steigt somit der Verbrauch in Deutschland. Derzeit liegt das Land auf Platz drei hinsichtlich der Bruttoenergieerzeugung aus Geothermie, Wind- und Solarenergie. Die Plätze eins und zwei belegen China und die USA.

Innerhalb Deutschlands lag der Anteil dieser Energieformen an der Stromerzeugung 2018 bereits bei fast 17 Prozent. Bis 2050 soll der Wert auf mindestens 80 Prozent steigen. Der Großteil des Stroms zurzeit aus Onshore-Windkraft gewonnen, das heißt, aus Windrädern, die auf dem Land stehen. Photovoltaik als Nutzungsform der Solarenergie liegt gleichauf mit Biomasse. Offshore-Windkraft (auf dem Meer), Wasserkraft und Hausmüll bewegen sich im einstelligen Prozentbereich.

Noch offensichtlicher wird der stete Ausbau der Energieversorgung durch Solarenergie bei einem Blick auf die Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien zwischen 2008 und 2018. Die Onshore-Windkraft hat ihren Anteil in diesem Zeitraum mehr als verdoppelt, Photovoltaikanlagen haben dagegen um das Zehnfache zugelegt. 2008 wurden 4,4 Milliarden Kilowattstunden Bruttostrom aus Sonnenenergie erzeugt, 2018 waren es bereits 46 Milliarden Kilowattstunden.

Wie funktioniert Solarenergie?

Strahlungsenergie von der Sonne zur Erde

Seit Milliarden von Jahren schickt die Sonne Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung auf die Erde. Diese kann zur Erzeugung von Strom, Wärme oder chemischer Energie technisch genutzt werden. Verantwortlich für die Strahlungsenergie sind die Kernfusionen im Inneren der Sonne, bei denen Wasserstoff zu Helium umgewandelt wird.

Die Erdatmosphäre schützt dabei den Planeten und reduziert die auftreffende Strahlungsenergie um ein Vielfaches. Außerhalb der Schutzschicht liegt die Intensität bei 1,367 Kilowatt (kW) pro Quadratmeter, auf der Erdoberfläche erreicht dieser Wert nur noch 0,114 bis 0,68 kW pro Quadratmeter. Ansonsten wäre ein Leben auf dem blauen Planeten nicht möglich.

Eine unendliche Energiequelle

Jeden Tag liefert die Sonne schätzungsweise so viel Energie, um den globalen Energiebedarf für acht Jahre zu decken. Für den Menschen stellt sie somit die größte verfügbare Energiequelle dar. Ihre Strahlungsintensität hat sich seit früheren Zeiten kaum verändert. Sie bleibt auf einem konstanten Niveau und kann daher vielfältig und unendlich zur Energieversorgung genutzt werden.

Sonnenenergie einfangen und in nutzbare Energie umwandeln

Die Strahlungsenergie, die auf der Erde auftrifft, lässt sich dank moderner Technologien für die Energieversorgung nutzen: Solaranlagen wandeln die Sonnenenergie in Strom oder Wärme um. Die erzeugte Menge hängt von einer Reihe von Faktoren ab, beispielsweise von der Klimazone, der Jahreszeit, dem Wetter oder der Ausrichtung der Solarpaneele.

Grundlegend werden drei Nutzungsformen unterschieden:

1. Sonnenwärmekraftwerke

    Sonnenwärmekraftwerke dienen vorrangig der Stromerzeugung. Sie wandeln die Strahlungsenergie der Sonne in Wärme um, entweder durch Absorption oder indem sie Wärmeträger wie Öl oder Luft einsetzen. Die erwärmte Luft oder das erwärmte Öl treiben Kraftmaschinen an, die elektrische Energie erzeugen. Solche Solarwärmekraftwerke existieren hauptsächlich in ariden Klimazonen mit sehr starker Sonneneinstrahlung wie Südeuropa, Nordafrika sowie auf der Arabischen Halbinsel.

    2. Thermische Solaranlagen

      Diese Nutzungsform dient der Wärmeerzeugung, beispielsweise zum Heizen von Räumen oder zur Warmwasseraufbereitung. Sonnenkollektoren sammeln dabei die Wärme der Sonnenstrahlen und geben sie an einen Solarspeicher ab. Für optimale Wärmeeinlagerung wird meist Wasser als Speichermedium verwendet. Bis zur Nutzung verbleibt das Wasser in isolierten Behältern. Es gibt verschiedene Anlagentypen. Diese unterscheiden sich je nach Durchlaufmenge von 10 bis hin zu 50 Litern pro Stunde und Quadratmeter Sonnenkollektor und mehr.

      3. Photovoltaikanlagen

        Photovoltaikanlagen sind die wohl bekannteste Methode, um Solarenergie zu gewinnen. Hierbei wird die Strahlungsenergie durch Solarzellen direkt in elektrische Energie umgewandelt. Wie das genau funktioniert und wie Sie privat diese Form zur Energieerzeugung nutzen können, erfahren Sie im nächsten Abschnitt.

        Nutzungsformen im Detail: Photovoltaik

        Photovoltaikanlagen sind die gängigste Methode zur Gewinnung von Solarenergie. Sie bestehen aus Solarzellen, die zu Solarmodulen verbunden werden. Die Solarzellen, die aus Silizium hergestellt sind, fangen die Sonnenenergie ein und erzeugen daraus Gleichstrom. Im sogenannten Wechselrichter wird dieser zu Wechselstrom umgewandelt und ins Stromnetz eingespeist.

        Kosten einer Photovoltaikanlage

        Die Kosten für eine Photovoltaikanlage hängen vor allem von zwei Faktoren ab: der Art der Solarmodule (kristallin oder Dünnschicht) sowie der Größe bzw. Leistung der Anlage. Hinzu kommen Aufwendungen für den Wechselrichter, das Montagesystem, den Netzanschluss der Photovoltaikanlage sowie die Verkabelung. Der durchschnittliche Anschaffungspreis liegt damit bei ca. 1.300 Euro pro Kilowatt-Peak (kWp) für ein Einfamilienhaus.

        Beispiel:

        Um den Stromverbrauch für einen Vier-Personen-Haushalt in einem Einfamilienhaus über die Anlage decken zu können, sollten sie eine Leistung von etwa 4,5 kWp haben. Das entspricht einer Stromproduktion von etwa 4.250 kWh pro Jahr. Die Anlage benötigt eine Fläche von knapp 25 Quadratmetern. Die Gesamtkosten inklusive Montage belaufen sich auf ca. 5.850 Euro.

        Um kalkulieren zu können, wann sich eine Photovoltaikanlage für Sie rechnet und wie hoch die Ersparnisse sind, müssen verschiedenen Faktoren einbezogen werden:

        • Standort Ihres Hauses
        • Dachfläche Ihres Hauses
        • Gewünschte Leistung der Anlage
        • Dachneigung des Hauses
        • Ausrichtung des Hausdaches
        • Anzahl der Bewohner im Haus / Energieverbrauch

        Mit diesem Photovoltaik-Rechner können Sie mit Ihren individuellen Angaben die Wirtschaftlichkeit Ihrer Anlage kalkulieren.

        Vorteile von Solaranlagen

        Sonnenenergie hat gegenüber anderen Energiequellen zahlreiche Vorteile. Während der Strom erzeugt wird, entsteht keinerlei Kohlenstoffdioxid (CO2), ebenso wenig Ruß oder Feinstaub wie bei fossilen Energieträgern. Aufgrund der stetig gesunkenen Investitionskosten und staatlicher Förderungen lohnt sich eine Photovoltaikanlage für immer mehr Haushalte. Die Sonne als unendliche Energiequelle bietet eine saubere Stromerzeugung, welche die Umwelt schont und die Stromkosten langfristig senkt.

        Solarenergie für die E-Mobilität der Zukunft

        Aufgrund der aktuellen klimatischen Herausforderungen tritt ein Aspekt immer mehr in den Vordergrund: die Elektromobilität. Mit Strom angetriebene Autos, Busse und Lkws verringern die Feinstaubbelastung und den CO2-Ausstoß maßgeblich. Stammt der Strom aus erneuerbaren Energiequellen, dann werden saubere Autos mit sauberem Strom fahren.

        Solarenergie sowie andere erneuerbare Energien sind aus der Energieversorgung in Deutschland nicht mehr wegzudenken. Ihnen steht eine große Zukunft bevor. Schon heute können Sie einen Stromtarif wählen, der zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien kommt.

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