Die Sonne als Energiequelle: Potenzial und Nutzung
150 Millionen Kilometer entfernt sein und dennoch enormen Einfluss auf unser Leben ausüben – das kann nur die Sonne. Welche Kraft muss dahinterstecken, dass es nur rund 8 Minuten dauert, bis die Sonnenstrahlung die Erde erreicht! Wer sich ein wenig mit der Sonne als Energiequelle beschäftigt, kann sich ihrer Faszination nicht entziehen. Lesen Sie, was dabei im Inneren des Sterns abläuft und wie die Sonne als Energiequelle „funktioniert“.
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Kernfusion als Quelle von Licht und Wärme
Die Oberfläche der Sonne besteht zu 92% aus Wasserstoff und zu 7,8% aus Helium. Die restlichen 0,2% sind unter anderem Sauerstoff, Kohlenstoff und einige Metalle. Im Sonnenkern ist der Heliumanteil mit etwa 23% deutlich höher. Der Grund: Hier finden bei 15.000.000 °C kontinuierlich Kernfusionen statt, bei denen der Wasserstoff zu Helium verschmilzt. Die Kernphysik bezeichnet diesen Vorgang als Wasserstoffbrennen oder Wasserstofffusion.
Die nach außen dringenden Sonnenstrahlen haben an der Sonnenoberfläche noch eine Temperatur von etwa 6.000 °C, die sich aber auf dem langen Weg zur Erde auf einen erträglichen Wert reduziert. Die hier ankommende Wärme ist genau richtig, um als thermische Solarenergie genutzt zu werden. Und das Fantastische: Es kommt nicht nur Wärme bei uns an. Sonnenstrahlung besteht neben unsichtbarem Licht, der Wärme, auch aus sichtbarem Licht. Wir haben gelernt, dieses als Strom nutzbar zu machen und nennen dieses Spektrum photovoltaische Solarenergie.
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Schier grenzenloses Energiepotenzial der Sonne
Auf die Kernfusionsprozesse im Inneren der Sonne ist Verlass. Sie finden bereits seit Jahrmilliarden statt und werden es weitere Jahrmilliarden tun. Forscher haben errechnet, dass die Sonne uns noch über 5.000.000.000 Jahre genügend Energie sendet, um unseren Bedarf an Strom und Wärme zu decken (falls wir solange existieren). Anders als bei Atomenergie gibt es bei Solarenergie keine radioaktiven Lasten und Gefahren. Anders als fossile Energieträger ist die Sonnenstrahlung nahezu unerschöpflich. Mal ganz abgesehen von der besseren Luft, die uns zum Atmen bleibt. Bei letztem können Wind- und Wasserkraft natürlich mithalten, aber niemand weiß, wie konstant die Lieferung dieser Elemente ist. Die Sonne ist und bleibt die größte und sauberste Energiequelle der Menschheit – und wird es immer bleiben.
Direkte und indirekte Nutzung der Sonnenenergie
Ohne Sonnenenergie wäre kein Leben auf der Erde möglich. Es wäre viel zu kalt und dunkel für die Photosynthese und damit das Wachstum von Pflanzen und Algen. Kein Tier könnte sich ernähren, kein Mensch existieren. Doch noch weit mehr: Ohne Sonne gäbe es keine Luftdruckunterschiede und damit keinen Wind; auch der Wasserkreislauf der Erde würde nicht angetrieben. Die Sonne wärmt und nährt uns – und macht das Leben auf der Erde lebenswert.
Mit Hilfe moderner Technik gelingt es uns heute, noch viel mehr aus der so ergiebigen Energiequelle Sonne zu schöpfen. Hierbei unterscheiden wir die direkte und die indirekte Nutzung der Solarenergie. Beide Nutzungsformen basieren auf den Erneuerbaren Energien, deren Ausbau in vielen Ländern gefördert wird.
Mit welcher Sonneneinstrahlung wir in unseren Breitengraden rechnen können, erfahren Sie in unserem Beitrag Was ist Solarenergie?
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Exkurs: So entsteht die Energie unserer Energiequelle Sonne
Die Sonne besteht aus mehreren schalenförmigen Zonen, die sich teilweise scharf abgrenzen lassen. Die Energie entsteht durch Fusion in der Kernzone, folglich Kernfusion genannt. Alle weiteren Zonen dienen dem Energietransport aus der Mitte heraus. Wir erläutern den Aufbau der Sonne von innen nach außen:
- Sonnenkern: Der Sonnenkern hat eine enorme Dichte. Während seine Größe nur 1,5 Prozent des gesamten Sonnenvolumens beträgt, sind es etwa 50 Prozent der gesamten Sonnenmasse. Im Sonnenkern herrschen Temperaturen von 15.000.000 Grad. In diesem Kern produziert die Sonne ihre Energie.
- Strahlungszone: Die den Sonnenkern umgebende Zone wird Strahlungszone genannt, weil die im Inneren erzeugte Energie in Form von Licht an die nächste Schicht, die Konvektionszone, weitergegeben wird.
- Konvektionszone: In der etwa 250.000 km dicken Konvektionszone erfolgt der Energietransport durch Konvektion. Das heißt, die warme Materie fließt an die kühlere Oberfläche und die abkühlte Materie wieder zurück in das heiße Innere. Das Magnetfeld der Sonne hat hier seinen Ursprung.
- Photosphäre: Durch die nur etwa 400 km dicke Photosphäre dringt die Strahlungshitze als sichtbares Licht nach außen. Diese sichtbare Oberfläche ist zugleich die unterste Atmosphärenschicht der Sonne. Sie wird nur 6.000 Grad heiß, wo Sonnenflecken auftreten sogar nur etwa 4.500 Grad.
- Chromosphäre: Die ca. 5.000 km dicke Chromosphäre über der Photosphäre hat ihren Namen von dem roten Leuchten, das aber nur während einer totalen Sonnenfinsternis sichtbar ist. Ansonsten wird sie von der Photosphäre überstrahlt. In der inneren Chromosphäre kühlt die Temperatur des austretenden Gases auf unter 4.000 Grad ab und steigt nach außen hin wieder an: auf etwa 10.000 Grad.
Noch nicht ganz verstanden sind die Zusammenhänge, wie die Gastemperatur in der umgebenden Korona fast sprungartig über 1 Mio. Grad erreicht. Diese äußerste Atmosphärenschicht der Sonne besteht aus Bereichen sehr unterschiedlicher Dichte und ändert fortwährend ihre äußere Form. Die extrem hohe Temperatur sorgt für einen ständigen Gasaustritt, den Sonnenwind.
Poster „Unsere Sonne“ zum Download
Wir haben die wichtigsten Informationen zu unserer Sonne in einer Infografiken für Sie visualisiert. Sie können das Poster hier ansehen und herunterladen. Zum Vergrößern der Darstellung bitte auf das Poster klicken.
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