Solarenergie: die Zukunft der sauberen Stromversorgung Sonnenenergie erklärt: Wie kann man sie nutzen?

Sonnenenergie ist eine geradezu unerschöpfliche Ressource. Um weltweit den Energiebedarf für ein ganzes Jahr zu decken, würde die Solarenergie ausreichen, die in nur eine Stunde die Erde erreicht. Von der Nutzung der Sonnenenergie profitieren Mensch und Umwelt. Als Energiequelle für Solarstrom oder Wärme, ist sie in ihren Nutzungsmöglichkeiten auf unserem Planeten vielseitig einsetzbar.

Eine Solaranlage zur Stromerzeugung auf einem Hausdach

Das Wichtigste zu Sonnenenergie in Kürze

  • Nutzungsmöglichkeiten: Die Nutzung von Sonnenenergie ist vielfältig möglich. Sonnenwärme kann zum Heizen genutzt werden, als Alternative bspw. zum Heizöl, aber auch zur Stromversorgung über Solaranlagen. Die Energieversorgung über eine Photovoltaik Anlage wird in Deutschland immer mehr verbreitet und die Nutzung subventioniert.
  • Effizienz: Mit Solarenergie besteht die Möglichkeit, den Bedarf an erneuerbaren Energien durchaus zu decken. Technologische Hürden sind in diesem Fall das Problem, andernfalls könnte weltweit Solarenergie für die Energieversorgung genutzt werden.
  • Nachhaltigkeit: Mit der Nutzung der Sonnenenergie wird ein wichtiger Beitrag für die Umwelt geleistet. Solaranlagen können bspw. komplett emissionsfreien Solarstrom produzieren und damit eine nachhaltige Energieversorgung gewährleisten.

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Was ist Sonnenenergie?

Sonnenenergie ist die klassischste Energiequelle der erneuerbaren Energien. Dabei wird die Strahlung der Sonne genutzt, um elektrischen Strom zu erzeugen. Auch die Produktion von Wärme oder von chemischer Energie ist durch Solarenergie praktisch möglich. Im Anwendungsbereich geschieht das bspw. über eine Solarthermie Anlage oder Photovoltaikanlagen.

Welche Arten von Sonnenenergie gibt es?

Als Photovoltaik wird die Technologie bezeichnet, die die Strahlung der Sonne über Solarzellen von Photovoltaikanlagen in Strom umwandelt. Solarkollektoren bieten hierbei Möglichkeiten und Wege die gewonnene Energie zu nutzen und je nach Art der Photovoltaik Anlage in einen Speicher weiterzuleiten.

Im Gegensatz dazu nutzt die Solarthermie die Wärme aus der Strahlung der Sonne. Sie wird in thermische Energie umgewandelt, etwa um Wasser zu erhitzen. Diese Energiequelle kann dann als warmes Wasser für Wohnbereiche oder als Wärmequelle für eine Heizung verwendet werden.

Wie entsteht Sonnenenergie?

Eines der Geheimnisse ist die Zusammensetzung der Sonne. Zu 70 Prozent besteht sie aus Wasserstoff, 28 Prozent sind Helium und ganze zwei Prozent sind weitere Metalle. Bei der Kernfusion im Inneren der Sonne bildet sich durch Verschmelzung von Atomkernen aus Wasserstoff Helium. Diese Fusion ist dafür verantwortlich, dass die Strahlung der Sonne die Erde in elektromagnetischen Wellen trifft.

Klar ist, dass die Sonne ihren Vorrat an Wasserstoff irgendwann verbraucht hat. Das wird aber erst in Milliarden von Jahren passieren. Für die Menschen hat die Sonne also ein nahezu endloses Energiepotenzial. Weil die Energie der Sonne beinahe konstant ist, stellt sie Sonne praktisch die größte verfügbare Energiequelle für die Erde dar.

Wie kann man Sonnenenergie nutzen?

Solarenergie kann sowohl aktiv als auch passiv genutzt werden.
Im Fall der aktiven Nutzung wird das Licht der Sonne mit Photovoltaikanlagen direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Oder es hilft dabei, durch Solarthermie Wärme zu erzeugen. Dabei unterscheidet man zwischen der Hochtemperatur- und der Niedertemperaturnutzung.

Die Hochtemperaturnutzung findet in Solarthermie Kraftwerken statt. Mit der Hilfe von Spiegeln wird die Sonnenstrahlung auf sogenannte Absorber-Aggregate gelenkt. In ihnen befindliche Flüssigkeit wird auf über 100 Grad Celsius erhitzt und dann in Dampf verwandelt, der Turbinen zur Erzeugung von Strom antreibt. Im Gegensatz zur Photovoltaik, bei der das einfallende Licht vollständig zur Erzeugung von Strom beiträgt, wird nur direkte Strahlung genutzt. Solarthermie Kraftwerke sind deshalb für sonnenreiche Gegenden interessant, um Strom und Wärme zu erzeugen.

Bei der Niedertemperaturnutzung kommen vor allem Solarkollektoren zur Bereitstellung von Warmwasser zum Einsatz, die vielfach auf Dächern von Häusern positioniert sind.

Bei der passiven Nutzung von Sonnenenergie geht es sowohl um die Beleuchtung als auch die Heizung von Gebäuden. Fenster und Fassaden, vorwiegend auf der Südseite von Gebäuden, sammeln zum Beispiel Strahlungsenergie und geben die Wärme langsam an das Hausinnere ab. Das senkt den Bedarf an konventioneller Heizungsenergie. Besondere Beispiele für diese Nutzung von Sonnenenergie sind Niedrigenergie- und Passivhäuser.​​​​​

Welche Vorteile hat Sonnenergie?

Die Vorteile von Sonnenenergie lassen sich in verschiedene Punkte untergliedern:

  • Solarenergie ist Geräuschfrei
  • Durch Solarenergie werden weder Emissionen noch Gerüche erzeugt
  • Grundsätzlich ist Solarenergie eine kostenlose Ressource
  • Solarenergie ist in der Regel überall verfügbar
  • Anders als bei Erdöl und Erdgas unterliegt die Solarenergie keine politischen Abhängigkeiten
  • Die Belastung der Umwelt ist durch die Solarenergie sehr gering
  • Die Produktion von Photovoltaikanlagen wird stetig verbessert

Welche Nachteile hat Sonnenenergie?

Die Nachteile von Sonnenenergie lassen sich in die folgenden Punkte unterteilen:

  • Sonnenenergie ist durch Jahreszeiten und den Tag-Nacht-Rhythmus begrenzt
  • Wetter und regionale Gegebenheiten beeinflussen den Ertrag von Solarenergie
  • Die Einstrahlung der Sonne wird bereits von der Atmosphäre zum Teil absorbiert und liefert nicht ihr volles Potenzial
  • Um eine bestimmte Leistung an Solarenergie zu erzielen, ist eine relativ große Fläche nötig und damit auch höhere Materialkosten

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Sonnenenergie nutzen: Wie viel ist möglich?

Welche Strahlungsenergie den Erdboden erreicht, hängt vom Stand der Sonne und der Wolkenbedeckung ab. Bei einem wolkenlosen Himmel kann die Sonnenstrahlung durchaus eine Leistung von 1000 Watt auf den Quadratmeter erreichen. Dagegen sinkt sie an einem trüben Tag auf bis zu 50 Watt pro Quadratmeter oder sogar weniger ab.

In Deutschland kann diese Strahlungsleistung je nach Standort und Bedingungen in der Atmosphäre eine Energiemenge von 900 bis 1200 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr erzeugen. Im Vergleich dazu erreicht die Einstrahlung in der Sahara bis zu 2200 Kilowattstunden auf den Quadratmeter im Jahr.
 

In der Atmosphäre wird die Strahlung durch Streuung, Absorption und Reflexion abgeschwächt. Sie erreicht den Boden als direkte Strahlung oder indirekt, etwa durch Streuung an Molekülen der Luft. Wahrgenommen wird Letzteres als diffuses Licht, das keinen Schatten wirft.

Ist der Himmel klar, besteht die Strahlung zum überwiegenden Teil aus direkter Strahlung, bei bewölktem Himmel dagegen fast nur aus diffuser Strahlung. Im Jahresmittel sind beide Anteile in Deutschland allerdings in etwa gleich hoch.

Lohnt sich eine Solaranlage in Deutschland?

Obwohl Deutschland nicht gerade zu den sonnenreichen Gegenden der Erde gehört, können Interessierte auch hierzulande mit einer konventionellen PV Anlage oder sogenannten Balkonkraftwerken die Sonnenenergie nutzen. Welchen Ertrag an Strom eine PV Anlage erzielt, wird von diversen Faktoren bestimmt. Wetter, Qualität der Luft, Tages- und Jahreszeiten sowie Globalstrahlung lassen sich vom Menschen nicht beeinflussen.

Andere Faktoren bei der Solarenergie kann man durchaus steuern. Dazu zählen die Ausrichtung der Module, ihr Neigungswinkel, die Verschattung oder der Wirkungsgrad der Anlage. Laut Statistik ist die Mehrzahl der Häuser in Deutschland für die Installation von Modulen für Solarenergie geeignet. Für eine Photovoltaikanlage optimal ist ein Dach, wenn es einen Neigungswinkel von 30 bis 35 Grad aufweist, nach Süden ausgerichtet ist und kaum beschattet wird.

Ob sich PV Anlage und Balkonkraftwerke lohnen, hängt nicht zuletzt davon ab, wie der Strom genutzt wird. Teilweise wird die Solarenergie nur für den Hausstrom benutzt und in manchen Fällen zusätzlich, um Wärme zu erzeugen. Generell gilt: Je mehr der eigenen Nutzung dient, desto eher rechnet sich die Anlage.

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Moritz Wagner Redakteur bei homeandsmart.de

Moritz P. Wagner ist Redakteur, Fußball Kommentator und Sprecher. Aktuell arbeitet Moritz P. Wagner als Redakteur bei homeandmart GmbH. Er ist Experte für Photovoltaik und Wärmepumpen sowie Stromspeicher und weitere Energiethemen. Er hat einen Bachelorabschluss in Angewandte Medien an der Hochschule Mittweida erhalten und ist langjähriger freier Journalist.

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