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Solarenergie – die Kraft der Sonne für saubere Energie

Solarenergie mit gewaltigem Potenzial

150 Millionen Kilometer von uns entfernt, 109-mal so groß wie die Erde, zu 70 Prozent bestehend aus purem Wasserstoff: Die Rede ist von der Sonne. Trotz dieser schier unvorstellbaren Entfernung reicht die Menge an Sonnenlicht, die in eineinhalb Stunden auf die Erdoberfläche trifft, aus, um den Energieverbrauch der gesamten Menschheit für ein ganzes Jahr zu decken. Solarenergie, die in Form von Elektrizität, Wärme oder chemischer Energie genutzt werden kann, hat also gewaltiges Potenzial. Schon heute wird sie weltweit eingesetzt und für die Energieversorgung immer wichtiger.

Zwei Arten, die Kraft der Sonne zu nutzen

Zur Stromerzeugung kann die Kraft der Sonne auf zwei Wegen genutzt werden. Bei der Photovoltaik (PV) wird die Strahlung der Sonne direkt in elektrische Energie umgewandelt: Denn die Solarzellen bestehen aus einem Halbleitermaterial, das unter dem Einfluss von Sonnenlicht Elektronen in Bewegung setzt und damit Strom erzeugt. Bei solarthermischen Kraftwerken dagegen wird die Sonnenstrahlung mithilfe von Spiegeln konzentriert. Mit der so gewonnen Wärme wird zunächst Wasserdampf erzeugt, der dann über Turbinen einen Generator antreibt und so Strom produziert.

Solar-PV: die preiswerteste Form, Strom zu produzieren

Solar-PV hat zwei Vorteile: Solarzellen werden in großen Fabriken produziert, was erhebliche Skaleneffekte ermöglicht. Dadurch sind die Herstellungskosten in den vergangenen Jahren deutlich gesunken, so dass sich die PV-Solarenergie laut der Internationalen Energieagentur (IEA) an geeigneten Standorten und mit den richtigen Rahmenbedingungen zur preiswertesten Form der Stromerzeugung entwickelt hat. Eingesetzt werden kann die modulare Technik in kleinen Einheiten, was eine breite Palette von Anwendungen ermöglicht, zum Beispiel der Einsatz auf Dächern von Fabrikhallen oder von Wohnhäusern oder als große Freiflächenanlage.

Anteil der Solarenergie an der Stromproduktion 2020

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Hohes Wachstum in den kommenden Jahren

2019 hatte die PV-Solarenergie einen Anteil von knapp drei Prozent an der weltweiten Stromversorgung. Dieser Anteil wird in den kommenden Jahren deutlich steigen. Denn nach IEA-Schätzungen werden bis 2030 rund 80 Prozent der neuinstallierten Leistung Windräder und PV-Solaranlagen sein. Die Kapazitäten von Solar-PV würden demnach im Durchschnitt jährlich um 12 Prozent wachsen. Dank dieses Wachstums könnten die Erneuerbaren bis 2025 die Kohle weltweit als wichtigsten Energieträger in der Stromerzeugung ablösen.

Aktuelle Beiträge zum Thema Solarenergie

PV-Technologie: Vom Satelliten aufs Hausdach

Zum ersten Mal wurde die Solarzelle in den 60er-Jahren in der Raumfahrt eingesetzt – um einen Satelliten mit Strom zu versorgen. Seitdem hat sich die PV-Technologie enorm weiterentwickelt, allein in den vergangen zehn Jahren sind die Kosten um rund 90 Prozent gesunken. Und so werden Solaranlagen millionenfach auf Dächern oder auf direkt auf dem Boden installiert, sodass der Anteil der Solarenergie an der Stromversorgung weiter stark wachsen wird.

Mehr Power mit Freiflächenanlagen

Freiflächenanlagen erzeugen Strom deutlich günstiger als Dach-PV, weil sie in der Regel um ein Vielfaches größer und einfacher zu installieren sind. In dichtbesiedelten Regionen wie West- oder Mitteleuropa steht die Solarenergie allerdings in Konkurrenz zu anderen Nutzungsformen.

Agri-Photovoltaik: Solarpark und Acker in einem

Eine Lösung könnte die sogenannte Agri-Photovoltaik sein: die gleichzeitige Nutzung von Flächen für die Landwirtschaft und die Solarenergie. Bei einem Ansatz werden die Solarmodule in der Höhe, über den Feldern installiert. Bei einem anderen kommen senkrecht aufgestellte, bifaziale Solarzellen zum Einsatz, die sowohl mit der Vorder- als auch mit der Rückseite Strom produzieren können und daher besonders platzsparend sind.

Schwimmende Solarmodule

Eine andere innovative Lösung, um Flächen effizient zu nutzen, ist ist Floating Solar. Schwimmende Solarparks auf Seen und vor der Küste können neue Flächen für die Solarenergie erschließen und höhere Stromerträge als an Land bringen – denn das Wasser kühlt die Anlagen, wodurch ihr Wirkungsgrad erhöht wird.

Solarmodule als Dach oder über Autobahnen

Neben Agri-PV und Floating Solar entwickeln Wissenschaftler und Unternehmen weitere neue Einsatzmöglichkeiten der Photovoltaik-Technologie. Bei In-Dach-PV-Anlagen sind Solarmodule nicht auf dem Dach angebracht, sondern sie bilden es. Eine andere Idee: Riesige transparente Solardächer könnten die Fläche von Autobahnen und Schnellstraßen für die Solarstromerzeugung nutzbar machen.

Mit Solarthermie auch nachts Strom produzieren

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Im Vergleich zur Photovoltaik benötigen solarthermische Kraftwerke deutlich mehr direkte Sonneneinstrahlung, um effizient Strom zu erzeugen. Die Kraftwerke wandeln die Sonnenstrahlen nicht direkt in Strom um, sondern konzentrieren sie, um Wärme zu gewinnen. Mit der Wärme wird Wasserdampf erzeugt, der dann – wie in einem konventionellen Kraftwerk – über Turbinen einen Generator antreibt. Ein Vorteil: Da sich die Wärme über mehrere Stunden speichern lässt, kann das Kraftwerk auch dann Strom produzieren, wenn die Sonne nicht scheint.

Potentielle Standorte für Solarthermie sind Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung und vielen Sonnenstunden. Große Anlagen stehen zum Beispiel im Süden Spaniens, in Kalifornien und auf der arabischen Halbinsel. Die Stromgestehungskosten der Solarthermie liegen in der Regel über den von PV und Wind, sind aber in den vergangenen Jahren gefallen. Neue Projekte sind unter andern in Australien, Chile oder den Vereinigten Arabischen Emiraten geplant.

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