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Grundlagen

Solarenergie - So lässt sich die Energie der Sonne nutzen

Solarenergie ist die Energie der Sonne, die von Menschen genutzt werden kann. Die Nutzungsformen von Sonnenenergie sind hierbei vielfältig. Wie viel Energie die Sonne eigentlich liefert und welche Nutzungsformen für Sonnenenergie es gibt, lesen Sie hier.

Was ist Solarenergie?

Der Begriff Solarenergie ist gleichbedeutend mit Sonnenenergie. Solarenergie bezeichnet die Energie der Sonne, die technisch genutzt werden kann. Da die Energie der Sonne noch mindestens für etwa 5 Milliarden Jahre zur Verfügung stehen wird, ist Solarenergie unerschöpflich und eine erneuerbare Energie.

Wie viel Solarenergie liefert die Sonne?

Die Energie, die von der Sonne in den Weltraum abgestrahlt wird, ist fast immer konstant und beträgt etwa 3,8⋅10 hoch 26 J. Hierbei entspricht ein Joule, der Kraft, die benötigt wird, um eine Tafel Schokolade um einen Meter anzuheben. Doch längst nicht alle Energie, die die Sonne verlässt, erreicht die Erde.

Jährlich sendet uns die Sonne 1,119 Trillionen Kilowattstunden (kWh) Energie. Das ist etwa 7.000 mal mehr Energie als wir in einem Jahr benötigen. Es steht also zunächst einmal mehr als genug Solarenergie auf der Erde zur Verfügung. 

Somit ist es nicht verwunderlich, dass die Sonne die wichtigste Energiequelle der Erde ist. Fast alle Energie auf der Erde stammt ursprünglich von der Sonne. Wenn wir einmal genau hinsehen, merken wir, dass fast nichts ohne Solarenergie funktioniert. Die Fotosynthese der Pflanzen etwa kann nur mit Sonnenlicht funktionieren. Ohne Pflanzen gäbe es kein Leben Leben auf der Erde und auch die fossilen Rohstoffe, die sich aus alten Pflanzenresten gebildet haben, wären nicht vorhanden. Auch Wasserkreislauf und Wind gehen auf die Energie der Sonne zurück. Das Potenzial der Solarenergie ist größer als das aller anderen erneuerbaren Energien zusammen.

Wie entsteht Solarenergie?

Die Sonne besteht zu 70% aus Wasserstoff, zu 28% aus Helium und zu 2% aus anderen Metallen. Im Prinzip ist ein Atomkraftwerk das Gegenteil der Sonne.In einem Atomkraftwerk werden Kerne gespalten, wohingegen im Inneren der Sonne Kernfusionsprozesse bei Temperaturen von über 5.000 Grad stattfinden. Bei diesen verschmelzen Atomkerne von Wasserstoff-Atomen und bilden Helium. Durch diese Fusion entstehen elektromagnetische Wellen, die dann in Form von Sonnenstrahlen auf die Erde treffen. Bis die Sonne ihre Vorräte an Wasserstoff aufgebraucht haben wird, werden noch über 5 Milliarden Jahre vergehen. Bis dahin liefert sie uns weiter konstant Solarenergie.

Kann Solarenergie auch an Gebieten mit wenig Sonneneinstrahlung genutzt werden?

Ja, es stimmt zwar, dass je nach Standort mehr oder weniger Sonneneinstrahlung vorhanden ist, inzwischen ist die Solartechnik allerdings bereits soweit entwickelt, dass es sich an so gut wie jedem Ort der Erde lohnt Solarenergie zu nutzen. Ist es jedoch einen Großteil des Tages dunkel und es fällt keine Sonnenstrahlung ein, wie in den Polarregionen, können in dieser Zeit natürlich keine solaren Erträge erwartet werden. Hier empfiehlt es sich Solartechnik mit Windkraft zu kombinieren, die Solarenergie indirekt nutzt. 

Vor- und Nachteile bei der Nutzung von Solarenergie

Vorteile Solarenergie

  • steht praktisch unbegrenzt zur Verfügung
  • nach Anschaffung einer Solaranlage ist die Nutzung von Solarenergie kostenlos
  • ist erneuerbar und ermöglicht eine umweltfreundliche Energieerzeugung
  • ermöglicht eine unabhängige Energieerzeugung
  • Die Technologien zur Nutzung von Solarenergie sind bereits ausgereift und kostengünstig

 

Nachteile der Solarenergie

  • Solarenergie steht nur in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung zur Verfügung und ist Nachts nicht verfügbar
  • Die Anschaffung von Solaranlagen kostet mehrere Tausend Euro ( mit der Zeit rentiert sich diese Investition jedoch wieder)

Nutzungsformen von Solarenergie

Die Nutzung von Solarenergie ist vielfältig. Die bekannteste Form der Nutzung von Solarenergie ist die Photovoltaik, aber auch die Erzeugung von Wärme mit Solarenergie oder die passive bzw. chemische Nutzung von Solarenergie ist verbreitet. 

Photovoltaik

Photovoltaikanlagen wandeln Sonnenlicht (Solarenergie) in elektrischen Strom um. Dies gelingt durch sogenannte Solarzellen aus Silizium oder anderen Halbleitermaterialien, die bei Lichteinfall Ladungen freisetzen, die dann in Form von Elektronen über einen Leiter abfließen können. Eine Solarzelle erzeugt aus Solarenergie zunächst einmal Gleichstrom. 

Verschattung auf Photovoltaikmodulen
Photovoltaik

Mit Hilfe eines Wechselrichters, kann dieser in Wechselstrom gewandelt und ins Stromnetz geleitet oder vor Ort genutzt werden. 

Wurden Photovoltaikanlagen Anfangs vor allem in der Raumfahrt genutzt, ist die Technologie zur Nutzung von Solarenergie heute auch bei Hausbesitzern oder in der Industrie populär. Denn Dachflächen haben ein riesiges Potenzial und können mit Photovoltaik lokal produzierten günstigen Ökostrom liefern. Kostete eine Kilowattstunde Solarstrom vom eigenen Hausdach früher noch mehr als Strom aus dem Netz, kann Solarstrom m Einfamilienhaus heute bereits für nur 10 Cent die Kilowattstunde erzeugt werden. Auch auf der Freifläche können Photovoltaikanlagen installiert werden. Kleinstanwendungen der Photovoltaik-Technologie sind Solarzellen zum Camping, solarbetriebene Taschenrechner, Handy Ladegeräte oder Ampelanlagen. 

Die Photovoltaik wird künftig eine wichtige Rolle zur Bekämpfung des Klimawandels spielen, denn Energie wird zunehmend elektrifiziert. Waren Heizungen noch vor einigen Jahren meist Öl- oder Gasheizungen, setzt man nun auf strombetriebene Wärmepumpen. Auch der Umstieg von Verbrennern auf Elektroautos verstärkt diese Entwicklung. Nicht zu vergessen ist der steigende Strombedarf durch Internetnutzung und den Betrieb von Elektrogeräten. Möchte man Strom klimafreundlich erzeugen, ist Photovoltaik neben Technologien wie Windkraft oder Biomassenutzung unerlässlich.

Solarthermie (Solarkollektoren, Solarthermische Kraftwerke etc.)

Im Gegensatz zur Photovoltaik wandeln solarthermische Anlagen Solarenergie in Wärmeenergie um. Da auch hier ausschließlich Sonnenenergie verwendet wird, sind solarthermische Anlagen erneuerbar. Solarthermieanlagen auf dem Einfamilienhaus sind zumeist Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren. Bei beiden Bauformen erwärmt Sonnenlicht ein Wärmeträgermedium, dass sich in Röhren befindet. Das Wärmeträgermedium kann die Wärme aufnehmen und speichern und leitet sie schließlich ins Gebäude. Ein Nachteil privater Solarthermieanlagen ist, dass sie einen Haushalt nicht vollständig mit Heizenergie versorgen können. Die Brauchwasserversorgung im Sommer kann jedoch ausschließlich mit Solarthermie gedeckt werden und zu anderen Jahreszeiten kann die Anlage unterstützend zu einem anderen Heizsystem arbeiten. 

Solarkollektor
Solarkollektoren

Neben kleinen solarthermischen Anlagen existieren auch große solarthermische Kraftwerke, die vor allem in Wüstenregionen einen idealen Standort haben. Parabolrinnenkraftwerke konzentrieren etwa die Energie der Sonne mithilfe von Spiegeln auf einen Röhre, was die Effizienz gegenüber herkömmlichen Solarkollektor deutlich erhöht. Auch Solarturmkraftwerke sind erprobt und in Benutzung. Hier werden Spiegel kreisförmig, um einen zentralen Turm angeordnet und die Solarenergie wird von den Spiegeln zum Turm reflektiert und gebündelt.

Solarturmkraftwerk
Solarturmkraftwerk

Passive Nutzung von Solarenergie

Solarenergie kann nicht nur aktiv durch Technologie in nutzbare Energie umgewandelt werden, sondern auch passiv genutzt werden. Ein Beispiel ist das Gewächshaus. Hier wird die Sonnenenergie genutzt, um Wärme in geschlossenen Räumen zu sammeln und zu halten. Ähnlich verhält es sich beim Passivhaus. Passivhäuser nehmen die Wärme der Solarenergie sehr gut auf und können sie nahezu verlustfrei im Gebäude speichern.

Fazit

Photovoltaik ist die erfolgreichste Technologie zur Nutzung von Solarenergie. Die Nutzung von Photovoltaik wird in den nächsten Jahrzehnten rasant zunehmen, denn die Potenziale wurden bisher nicht annähernd ausgeschöpft. Zudem ist Photovoltaikstrom inzwischen günstiger als Strom aus fossilen Kraftwerken. Aber auch andere Nutzungsformen von Solarenergie werden zunehmend an Bedeutung gewinnen, denn im Prinzip stammt so gut wie alle Energie auf der Erde von der Sonne und es gibt unendlich viele technologische Nutzungsmöglichkeiten von Solarenergie. 

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