Solarenergie

Solarzellen

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Solarenergie verwendet die Strahlung der Sonne und stellt eine umweltfreundliche Alternative zur Verwendung fossiler Brennstoffe dar. In den Plänen für eine Energiewende spielt der Ausbau von Solaranlagen eine große Rolle. Deshalb wollen wir nachfolgend klären, was Solarenergie ist und wie der derzeitige Stand der Technik in Deutschland aussieht. Außerdem blicken wir auf Vor- und Nachteile sowie Kosten und Förderungsmöglichkeiten.

Solarenergie Definition

Solar- oder Sonnenergie bezeichnet die Umwandlung der Energie aus Sonnenstrahlung in andere Energieformen. So ist eine Umwandlung in elektrische Energie ebenso möglich, wie in Wärme oder chemische Energie. Besonders gebräuchlich sind Photovoltaik- und Solarthermie-Anlagen (Strom- und Wärmegewinnung).

So funktioniert eine Photovoltaikanlage

Diese Anlagen zur Stromgewinnung funktionieren fast alle nach dem gleichen Prinzip. Grundbaustein ist Silizium, welches in Form mehrerer verbundener Scheiben eingesetzt wird, die zu großen Modulen zusammengeschaltet werden. Die Ober- und Unterseiten dieser Scheiben beherbergen Bor und Phosphor, welche beim Auftreffen von Licht die Ansammlung von Elektronen auf der einen und Protonen auf der anderen Seite begünstigen. Diese Pole ermöglichen erst das Fließen von Strom. Die Menge hängt von der Intensität des Lichteinfalls ab.

Der Wirkungsgrad einer Solaranlage

Der Wirkungsgrad oder die Effektivität einer Solaranlage hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. So muss beispielsweise betrachtet werden, welcher Modultyp vorliegt. Sogenannte monokristalline Module erreichen einen Wirkungsgrad von 20 bis 22 %. Polykristalline Module erreichen hingegen einen Wirkungsgrad von 15 bis 20 %. Der Wirkungsgrad der Ersteren wird durch höhere Kosten bei der Züchtung der Kristalle relativiert, die zu einem höheren Verkaufspreis für die entsprechenden Module führen. Die wesentlich günstigeren Dünnschichtmodule erreichen im Vergleich einen Wirkungsgrad von rund 10 %. In Zukunft ist durch die stetige Weiterentwicklung der Technologie jedoch mit einer deutlichen Steigerung des Wirkungsgrades zu rechnen. Unter Laborbedingungen sind schon heute Wirkungsgrade von mehr als 40 % möglich.

Neben den verwendeten Modulen muss bei der Bestimmung der Effektivität auch die Umwandlung des gelieferten Gleichstroms in den im Netz gebräuchlichen Wechselstrom beachtet werden. Dieser liegt bei wenigen Prozent und macht sich nur in der finanziellen Kalkulation über die gesamte Lebensdauer einer entsprechenden Anlage bemerkbar.

Vor- und Nachteile der Sonnenergie

Die Vorteile der Sonnenenergie liegen auf der Hand. Die Sonne als Energiequelle ist eine nahezu unerschöpfliche Ressource, die (Hardware-Käufe ausgenommen) kostenlos genutzt werden kann. Wer sich eine Solaranlage aufs Dach bauen möchte, der bekommt staatliche Förderungen für Aufbau und Einspeisung. Diese werden allerdings schrittweise abgebaut und sinken schon seit einigen Jahren. Trotzdem lohnt sich eine Solaranlage auch im Hinblick auf den Klimaschutz. Problematisch sind nur die Kosten der Module, die durch hohe Strompreise auf die Endkunden umgelegt werden. Außerdem besteht bei der Gewinnung von Solarstrom eine große Abhängigkeit vom Wetter und von der aktuellen Tageszeit.

Die Historie der Solarenergie

Die Strahlung der Sonne wird durch die Menschheit schon seit Jahrhunderten genutzt. Schon die antiken Griechen verwendeten Brenngläser, um das olympische Feuer zu entzünden. Die Grundlagen für die Nutzung der Sonnenstrahlung zur Erzeugung elektrischer Energie wurden jedoch erst im 19. Jahrhundert geschaffen. Im Jahr 1839 entdeckte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel den photoelektrischen Effekt. Dieser beschreibt die Auswirkung von Licht auf eine Kondensatorenplatte. Weitere Forschungen folgten jedoch erst rund 30 Jahre später. 1873 entdeckte Willoughby Smith, dass das chemische Element Selen auf Licht reagiert und währenddessen seinen elektrischen Widerstand verändert. Mit der darauffolgenden Veröffentlichung bekam die Forschung neuen Antrieb und sorgte in den folgenden Jahren und Jahrzehnten für deutliche Fortschritte.

Solarenergie in Deutschland

Der Einsatz von Solaranlagen ist im Zuge der Energiewende ein bedeutender Schritt weg von fossilen Energieträgern und hin zu erneuerbaren Energien. Laut dem Bundesverband der Solarwirtschaft liegt Deutschland im weltweiten Vergleich mit einer Leistung von 46 Gigawatt auf dem 4. Platz der Solarstrom-Erzeugung. Japan und die USA liegen mit 60 und 63 Gigawatt vor Deutschland, aber weit hinter China mit 174 Gigawatt. Trotz der Wichtigkeit alternativer Energien sinken die Zubauzahlen bei Solaranlagen in Deutschland seit 2012. Der Grund dafür liegt im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) im Jahr 2012, welches eine starke Senkung der Einspeisevergütung mit sich brachte. Die von der Bundesregierung gesteckten Ausbauziele konnten bis zum Jahr 2018 durch diesen Umstand nicht erreicht werden. Vorgesehen war ein jährliches Zubauziel von 2,5 Gigawatt. Dieses wurde erstmals im Jahr 2018 erreicht und mit 2,81 Gigawatt sogar übertroffen. Trotzdem wurde das Ziel mit dem Energiesammelgesetzt am 1. Januar 2019 auf 1,9 Gigawatt gesenkt. Das durch den Koalitionsvertrag gesetzte Ziel von einem Solar-Anteil von 65 % am Bruttostromverbrauch bis 2030 ist mit diesen Zubauzielen nicht erreichbar. Trotzdem steigt der Anteil des Solarstroms am deutschen Strommix an. Dieser lag 2012 bei 4,2 % und stieg bis 2017 auf 7,0 %. Grund dafür ist vor allem die technische Weiterentwicklung der Anlagen, die bei gleicher Größe leistungsfähiger sind.

Solarenergie im Vergleich

Im Vergleich mit anderen Formen erneuerbarer Energien schneidet der Solarstrom gut ab. Das liegt auch am unerschöpflichen Potenzial der Sonne, welches laut dem EU-Rat für erneuerbare Energien 2850-mal so groß ist, wie der Energiebedarf der gesamten Welt. Allerdings sinken die Förderungen für die Solarenergie seit Jahren und Einsparungen sind nötig, um Anlagen wirtschaftlich betreiben zu können. Bei der Windkraft bremsen hingegen vor allem Standortfaktoren. Beim Bau großer Windräder muss beispielsweise ein Mindestabstand von bewohnten Gebieten eingehalten werden.

Trotzdem haben es Wind- und Sonnenenergie geschafft, die Atomkraft weltweit in Sachen installierte Leistung zu überholen. Im Jahr 2014 lag globale Leistung der Windkraft beispielsweise bei 539 GW, während die Atomkraft auf 353 GW kommt. 2017 überholte die Solarkraft mit 402 GW ebenfalls.

Die Speicherung von Solarenergie

Die Gewinnung von Sonnenstrom stellt nur einen Teil einer Energiewende dar. Den zweiten Teil bildet die Speicherung. Schließlich wird der Strom hauptsächlich in der Nacht gebraucht und am Tag gewonnen. Wer eine Photovoltaikanlage auf dem Dach hat, um den Strom selbst zu nutzen, wird auf einen Akku zurückgreifen müssen. Vor allem im Hinblick auf die sinkenden Vergütungen für die Einspeisung des Stroms. In Verbindung mit Solaranlage, Wechselrichter und einem Laderegler kann dieser zur Speicherung verwendet werden. Entweder kommen dabei Blei- oder Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Durch einen höheren Wirkungsgrad und eine längere Lebensdauer ist letztere Lösung für den heimischen Einsatz besonders empfehlenswert, sofern die höheren Kosten getragen werden können.

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