Solarenergie – was ist das?
Die kurze Version lautet: Solarenergie ist die Energie, die von der Sonne gewonnen wird. Logisch. Doch was ist diese Energie eigentlich genau? Wie entsteht Sonnenenergie und wie können wir sie effektiv nutzen? Wir sind der Sache nachgegangen und haben die Fakten zusammengetragen. In diesem Beitrag finden Sie noch weit mehr Antworten rund um die häufig gestellte Frage: Was ist Solarenergie eigentlich genau?
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Entstehung der solaren Energie
Die Sonne besteht überwiegend aus Wasserstoff und Helium. Hinzu kommen geringe Anteile schwererer Elemente wie Sauerstoff, Kohlenstoff und einige Metalle. Im Sonnenkern kommt es bei 15 Millionen Grad Celsius ständig zu Kernfusionen, bei denen leichte Atomkerne (Wasserstoff) zu schweren Elementen (Helium) verschmelzen. Durch dieses sogenannte Wasserstoffbrennen entstehen elektromagnetische Wellen, die wir als Sonnenstrahlung in Form von Licht und Wärme wahrnehmen.
Solarenergie auf der Erdoberfläche
Die sogenannte Solarkonstante, d.h. die Solarenergie an der Grenze zur Erdatmosphäre, weist eine Intensität von 1,361 kW/m² auf. Auf die Erdoberfläche treffen davon je nach Region und Sonnenstand lediglich 0,114 bis 0,268 kW/m², also maximal 20 Prozent auf. Der große Rest verbleibt in der Erdatmosphäre oder wird von ihr reflektiert. Das ist aber kein Problem, denn die auftreffende Strahlungsenergie reicht allemal aus, um den Energiebedarf der gesamten Menschheit auf Jahrmillionen zu sichern.
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Sonneneinstrahlung weltweit ungleich verteilt
Wie viel Energie die Sonne einstrahlt, hängt von mehreren Faktoren ab. Die wichtigsten heißen Sonnenscheindauer und Einfallswinkel. Beide Faktoren variieren je nach Uhrzeit, Jahreszeit und Breitengrad. Als Beispiele seien hier Mitteleuropa mit i.M. ca. 1.000 kWh und die Sahara mit i.M. ca. 2.350 kWh genannt. Würde man in der sonnenreichen Sahara eine Solarfarm auf einer Fläche von 700 x 700 Kilometern errichten, würde ein Wirkungsgrad von nur 10 Prozent ausreichen, um den globalen Gesamtenergiebedarf zu decken.
Das funktioniert in Deutschland natürlich nicht. Die folgende Karte des Deutschen Wetterdienstes zeigt die Globalstrahlung der einzelnen Regionen. Dabei ist erkennbar, dass im gesamten Süden (außer Schwarzwald) die besten und in Mainnähe sowie im Osten Deutschlands noch sehr gute Voraussetzungen für eine Nutzung der Solarenergie gegeben sind. Gut sind die Gegebenheiten in den hellgelben, weniger gut in den grünen Bereichen.
Solarenergie in weniger sonnenreichen Zonen
Kein Grund zur Resignation. Fern der Sahara und sonstigen stark bestrahlten Zonen kommt für die Erzeugung von Solarwärme und Solarstrom ganz einfach die entsprechende Technik zum Einsatz. Eine gute, wenn auch nicht neue Idee ist die Speicherung der gewonnenen Energie. Stromspeicher und Pufferspeicher sind sinnvolle Anschaffungen, um elektrische Energie und Wärme bis zum nächsten Tag vorzuhalten. Immer mehr Forscher stellen sich der Herausforderung, die Dauer der Speicherung zu verlängern. Gute Ansätze gibt es bereits, das Vorhaben ist jedoch keineswegs einfach umzusetzen.
Ein weiteres großes Forschungsfeld ist die Steigerung der Wirkungsgrade. Ob Tandem- oder n-Typ-Solarzellen ob bifaziale Module oder Hybrid-Kollektoren: Sie alle zielen auf mehr Ertrag. Eine Variante sind die flexiblen Module, die wie Folien auf geschwungenen Dächern, Häuserwänden und sogar Fenstern aufgebracht werden können.
Schon von IPV gehört? Integrierte Photovoltaik ist quasi ein neues Zauberwort. Gemeint ist die Integration von PV-Technik in Bauwerke (BIPV), versiegelte Flächen (UPV), landwirtschaftliche Nutzflächen (APV), Gewässer (FPV), Verkehrswege (RIPV) und Fahrzeuge (VIPV). Ein spannendes Thema!
Was bedeutet das für Hausbesitzer?
Solarenergie steht in Deutschland grundsätzlich jedem zur Verfügung – auch wenn die Sonnenstrahlung hier deutlich schwächer ist als in Südeuropa oder gar der Sahara. Die entscheidende Kenngröße für eine Solaranlage ist die Globalstrahlung am eigenen Standort: Sie beschreibt, wie viel Solarenergie pro Quadratmeter Dachfläche pro Jahr tatsächlich ankommt.
Typische Richtwerte für Deutschland liegen zwischen rund 950 kWh/m² (Norddeutschland) und etwa 1.250 kWh/m² (Südbayern). Das reicht aus, um mit einer Photovoltaikanlage einen erheblichen Teil des Hausstrombedarfs selbst zu erzeugen – für einen typischen Vier-Personen-Haushalt mit einem Jahresverbrauch von rund 4.000 kWh oft mehr als die Hälfte.
Ob sich eine Investition lohnt, hängt neben der Sonneneinstrahlung vor allem von Dachausrichtung, Neigungswinkel und möglichem Verschattungsgrad ab. Ein erster schneller Anhaltspunkt liefert die Globalstrahlungs-Karte des Deutschen Wetterdienstes für die eigene Region.
Fazit: Sonne – eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle
Solarenergie ist die Strahlungsenergie der Sonne – physikalisch betrachtet ein Nebenprodukt der Kernfusion in ihrem Inneren. Schon der kleine Anteil, der die Erdoberfläche erreicht, übersteigt den weltweiten Energiebedarf um ein Vielfaches. Die wichtigsten Erkenntnisse dieses Beitrags kompakt:
- Die Sonne liefert der Erde weit mehr Energie, als die Menschheit je verbrauchen könnte – selbst bei einem bescheidenen Wirkungsgrad der Umwandlung.
- In Deutschland kommen pro Jahr rund 950 bis 1.250 kWh Solarenergie auf jedem Quadratmeter an – ausreichend für den wirtschaftlichen Betrieb von Photovoltaik und Solarthermie.
- Ob sich eine Solaranlage für Ihr Haus lohnt, hängt vor allem von Dachausrichtung, Neigung und Verschattung ab – nicht primär vom Standort innerhalb Deutschlands.
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