Solarenergie
Photovoltaik Ratgeber
Erneuerbare Energien spielen eine immer wichtigere Rolle in der globalen Energieversorgung. Eine der vielversprechendsten Technologien ist die Solarenergie, die Sonnenstrahlung in Strom umwandelt und eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellt.
In diesem Beitrag werfen wir einen genaueren Blick auf die Bedeutung der Solarenergie im weltweiten Kontext. Zudem beleuchten wir spannende Anwendungen auf nationaler und internationaler Ebene, die zeigen, wie Solarenergie aktiv zur Energiewende beiträgt und unsere Zukunft nachhaltiger gestaltet.
Inhaltsverzeichnis
Was sind erneuerbare Energien?
Wie funktioniert Solarenergie?
Vor- und Nachteile der Solarenergie
Solarenergie: was erwartet uns in der Zukunft?
Nationale und internationale Beispiele für den Einsatz von erneuerbaren Energien
Was sind erneuerbare Energien?
Erneuerbare Energien stammen aus nachhaltigen Quellen wie Wasser, Wind oder Sonne. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen sind sie unendlich verfügbar oder regenerieren sich schnell. Daher werden sie auch als grüne, regenerative oder alternative Energien bezeichnet.
Es gibt fünf Hauptarten von erneuerbaren Energien: Windenergie, Wasserkraft, Solarenergie, Biomasse und Geothermie.
- Windenergie wird durch Windturbinen erzeugt, die die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umwandeln.
- Wasserkraft hingegen nutzt die Energie von fließendem oder fallendem Wasser, meist in Wasserkraftwerken, zur Erzeugung von Strom.
- Solarenergie wird durch Photovoltaikanlagen erzeugt, die das Sonnenlicht direkt in Strom umwandeln, oder durch solarthermische Anlagen, die die Wärme der Sonne nutzen.
- Biomasse besteht aus organischen Stoffen wie Holz oder landwirtschaftlichen Abfällen. Diese Stoffe können verbrannt oder vergoren werden, um Energie zu erzeugen.
- Geothermie, auch Erdwärme genannt, nutzt die in der Erdkruste gespeicherte Wärmeenergie. Diese Energiequelle kann zum direkten Heizen oder zur Stromerzeugung genutzt werden.
Durch die Nutzung dieser erneuerbaren Energien können wir den Ausstoß von Treibhausgasen reduzieren und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern.
Was ist Solarenergie?
Solarenergie nutzt die Energie der Sonnenstrahlung zur Erzeugung von Strom, Wärme oder chemischer Energie. Diese Energiequelle basiert auf Kernfusionsprozessen im Inneren der Sonne, bei denen enorme Energiemengen freigesetzt werden.
Für Privathaushalte ist die Nutzung von Solarenergie besonders attraktiv, da es verschiedene staatliche Förderprogramme gibt, die die Investitionskosten für Solaranlagen deutlich reduzieren. Die Förderung kann in Form von Zuschüssen, zinsgünstigen Krediten oder steuerlichen Anreizen erfolgen. Dadurch wird die Anfangsinvestition in Solartechnik erschwinglicher und es ist mehr Haushalten möglich Solarenergie im eigenen Haus zu nutzen.
Geschichte der Sonnenenergie
Die Nutzung von Solarenergie begann im 19. Jahrhundert mit der Entdeckung des photovoltaischen Effekts durch Alexandre-Edmond Becquerel (1839). In den 1950er Jahren entwickelten Forscher am Bell Laboratory die erste Silizium-Solarzelle mit 6 % Wirkungsgrad – ein Durchbruch, der Solarzellen für die Raumfahrt nutzbar machte.
Die Ölkrisen der 1970er Jahre führten zu verstärktem Interesse an erneuerbaren Energien und staatlichen Förderprogrammen. In den 1980er und 1990er Jahren verbesserten neue Materialien und Produktionsmethoden den Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit von Solarmodulen, wodurch Photovoltaikanlagen für den Massenmarkt attraktiver wurden.
Der eigentliche Durchbruch kam in den 2000er Jahren mit stark sinkenden Herstellungskosten, was zu einem weltweiten Boom bei der Installation von PV-Anlagen führte. Heute gehört Solarenergie zu den am schnellsten wachsenden Energiequellen, unterstützt durch Fortschritte in der Batteriespeicherung und intelligenten Netzintegration. Regierungen und Organisationen fördern weiterhin die Entwicklung, um den globalen Übergang zu nachhaltiger Energie zu beschleunigen.
Wie funktioniert Solarenergie?
Die Sonnenenergie beeinflusst die Erde nicht nur direkt durch ihr Licht, sondern auch indirekt durch Wind, Wasser und Gezeiten verschiedene Energiekreisläufe, die ein enormes Potenzial zur Energiegewinnung bieten.
Um diese Energie zu nutzen, setzen wir vor allem zwei Technologien ein: Photovoltaik und Solarthermie.
Photovoltaikanlagen bestehen aus Solarzellen, die das Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umwandeln. Eine PV-Anlage mit einer Fläche von 10 Quadratmetern kann pro Jahr etwa 900 Kilowattstunden Strom erzeugen. Das entspricht etwa 25 Prozent des jährlichen Strombedarfs eines Durchschnittshaushalts in Deutschland. Diese Anlagen sind modular aufgebaut, so dass sie je nach Bedarf und Platzverhältnissen erweitert werden können.
Eine weitere Möglichkeit, Sonnenenergie zu nutzen, ist die Solarthermie. Bei der Solarthermie wird die Wärme der Sonne mit Hilfe von Sonnenkollektoren eingefangen. Diese Wärme kann zur Erwärmung von Wasser oder zur Unterstützung von Heizungsanlagen in Gebäuden genutzt werden. Solarthermische Anlagen bestehen aus Kollektoren, die auf dem Dach oder anderen sonnigen Flächen installiert werden. Die gewonnene Wärmeenergie wird in einem Speicher gesammelt und bei Bedarf genutzt.
Vor- und Nachteile der Solarenergie
Solarenergie bietet eine Vielzahl von Vor- und Nachteilen, die bei der Entscheidung über ihre Nutzung berücksichtigt werden sollten. Die wichtigsten sind hier zusammengefasst.
Vorteile der Solarenergie
Solarenergie bietet eine Reihe von Vorteilen, die sie zu einer attraktiven und nachhaltigen Energiequelle machen. Im Folgenden werden einige dieser Vorteile näher erläutert.
Umweltfreundlich
Bei der Umwandlung von Sonnenstrahlung in Solarenergie werden weder Kohlendioxid noch andere umweltschädliche Emissionen freigesetzt, die die Atmosphäre belasten könnten. Mit anderen Worten: Um unseren Energiebedarf zu decken, müssen wir die Umwelt nicht gefährden.
Geringe Wartung der Photovoltaikanlagen
Ein großer Vorteil der Solarenergie ist, dass der Wartungsaufwand der Solarmodule im Verhältnis zu ihrer Lebensdauer nahezu Null ist. Die einzige Zeit, in der die Solarmodule gewartet werden müssen, ist, wenn Blätter oder Schnee auf sie fallen. Während die Solarmodule ihre Arbeit verrichten, kann man sich also auf andere wichtige Dinge im Alltag konzentrieren.
Unabhängigkeit
Wenn du deinen eigenen Strom produzierst, kannst du fast den gesamten Stromverbrauch deines Haushalts mit deinen eigenen Solarmodulen decken. Das macht dich unabhängiger von großen Stromanbietern und steigenden Strompreisen.
Steigere den Wert deines Hauses
Einer der vielen Vorteile von Solarenergie ist, dass eine Investition in Solarenergie den Gesamtwert deines Hauses steigern kann. Du investierst also in die Umwelt, in deine Finanzen und in dein Haus. Solarmodule steigern zudem den Wert deines Hauses und machen es attraktiver, wenn du es in Zukunft verkaufen möchtest.
Solarenergie ist erneuerbar
Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, die irgendwann zur Neige gehen, wird die Sonne dies nicht tun. Ein klarer Vorteil der Solarenergie ist daher, dass die Energie der Sonne ständig erneuerbar ist und es keine Anzeichen dafür gibt, dass sich dies ändern wird - zumindest nicht in den nächsten 4 Milliarden Jahren. Damit ist die Solarenergie ein entscheidender Einflussfaktor für die Energiewende.
Nachteile der Solarenergie
Wie jede Energiequelle hat auch die Solarenergie Nachteile, die berücksichtigt werden müssen. Im folgenden Abschnitt werden verschiedene Nachteile der Solarenergie näher erläutert.
Hohe einmalige Kosten
Betrachtet man die Kosten für die Installation von Solaranlagen, so können die anfänglichen einmaligen Kosten als Nachteil der Solarenergie angesehen werden. Die Investition ist jedoch gering im Vergleich zu den zu erwartenden Einsparungen, die sich über die Lebensdauer der PV-Anlage auf deiner Stromrechnung bemerkbar machen.
Außerdem bieten Bund und Länder zahlreiche staatliche Förderprogramme an, die du beantragen kannst und die dich finanziell etwas entlasten.
Tagsüber erzeugte Solarenergie
Ein Nachteil der Solarenergie ist, dass sie von der Verfügbarkeit der Sonne abhängig ist. Um die Sonnenenergie auch nachts oder bei starker Bewölkung nutzen zu können, ist es sinnvoll, die Sonnenenergie zu speichern. Bei Photovoltaikanlagen wird daher fast immer auch ein Stromspeicher installiert, der den erzeugten Solarstrom speichern kann. Ein solcher Speicher ermöglicht es, überschüssigen Solarstrom über den Tag verteilt zu speichern, so dass er auch dann genutzt werden kann, wenn die Sonne bereits untergegangen ist. Diese Speicherlösung macht unabhängiger von den Sonnenstunden und erhöht die Rentabilität der Photovoltaikanlage deutlich. In der Regel steigt der Photovoltaik-Eigenverbrauch durch einen Stromspeicher von etwa 30 % auf 70 %.
Geringere Stromerzeugung im Winter
Im Winter scheint die Sonne in Deutschland seltener und weniger stark, was sich auf die Menge an erzeugbarer Solarenergie auswirkt. Das bedeutet, dass du die Energie deiner Solaranlage in den Wintermonaten möglicherweise durch andere Arten der Stromversorgung ergänzen musst. Solarzellen benötigen jedoch nicht so viel Sonnenlicht, wie man annehmen könnte. Tatsächlich können Solarzellen auch bei bewölktem oder bedecktem Himmel Sonnenlicht absorbieren. Ironischerweise sind Solarzellen in kühleren Klimazonen besonders effizient, da bei Kälte mehr Solarenergie aus den Sonnenstrahlen gewonnen werden kann als bei großer Hitze.
Indirekte Umweltauswirkungen deiner PV-Anlage
Wie bereits erwähnt, trägt die Solarenergie nicht zu direkten negativen Umweltauswirkungen bei. Dennoch möchten wir einen Nachteil der Solarenergie erwähnen, der sich auf die indirekten Auswirkungen bezieht. So können z.B. die Herstellung der Solarzellen, ihr Transport oder ihre eventuelle Wartung die Umwelt belasten. Vergleicht man jedoch die Umweltauswirkungen einer Photovoltaikanlage mit den negativen Auswirkungen anderer Energieträger, wie z.B. fossiler Brennstoffe, wird der enorme Unterschied deutlich: Die Umweltauswirkungen der Solarenergie sind praktisch nicht vorhanden, was Solarstrom in dieser Hinsicht zum klaren Sieger macht.
Solarenergie in Deutschland
Die Solarenergie gewinnt in Deutschland immer mehr an Bedeutung. Mit durchschnittlich 1.600 Sonnenstunden im Jahr bietet das Land optimale Voraussetzungen für die Nutzung dieser erneuerbaren Energiequelle. Immer mehr Photovoltaik- und Solarthermieanlagen werden auf Dächern installiert, um Strom zu erzeugen und die Warmwasserversorgung zu unterstützen. Die Solarenergie ist somit ein wesentlicher Bestandteil und Motor der deutschen Energiewende. Ziel ist es, den Anteil erneuerbarer Energien zu erhöhen und gleichzeitig die CO2-Emissionen zu senken.
Technologischer Fortschritt und finanzielle Anreize haben dazu beigetragen, dass immer mehr Hausbesitzer und Unternehmen Solaranlagen auf ihren Dächern installieren. Sie wollen damit nicht nur ihren eigenen Energiebedarf decken, sondern auch einen aktiven Beitrag zu einer nachhaltigen Energieversorgung leisten.
Trotz dieser positiven Entwicklungen bleiben Herausforderungen. Die Abhängigkeit vom Wetter und die begrenzte Speicherkapazität von Solarstrom müssen weiter angegangen werden. Im Fokus der Forschung stehen daher die Entwicklung effizienterer Speichertechnologien sowie die Integration der Solarenergie in intelligente Energiesysteme.
Solarenergie: was erwartet uns in der Zukunft?
Trotz eines Rückgangs der Emissionen aus dem Energiesektor um rund 10 % während der COVID-19-Pandemie stieg der Anteil der Solarenergie am deutschen Strombedarf bereits im Jahr 2022 auf 14,2 %. Deutschland plant den Ausbau erneuerbarer Energien um 148 GW zwischen 2023 und 2028, mehr als dreimal so viel wie im vorangegangenen Fünfjahreszeitraum. Dies wird durch ehrgeizige Ziele und unterstützende Maßnahmen wie wettbewerbsorientierte Ausschreibungen und erhöhte Einspeisetarife für Solar-PV-Anlagen vorangetrieben.
Darüber hinaus wurden die Anreize für dezentrale PV-Anlagen durch die Bundesregierung erhöht und neue Prämien für Anlagen eingeführt, die ihren gesamten Strom ins Netz einspeisen. Aufgrund der Rekordinstallationen und der neuen politischen Maßnahmen wurde die Prognose der IEA für Solar-PV um 50% nach oben korrigiert, mit insgesamt 14,1 GW bis 2023. Genehmigungsreformen und Investitionen zur Entlastung der Stromnetze könnten das Wachstum weiter ankurbeln, so die IEA.
Nach einer aktuellen Studie der Universität Exeter wird die Solarenergie noch vor 2050 die weltweit dominierende Energiequelle sein. Dies hängt entscheidend von weiteren Effizienzsteigerungen und Kostensenkungen der Technologien ab. Neben dem Ausbau der Photovoltaikflächen und der Schaffung zusätzlicher Speicherkapazitäten muss auch die Elektrifizierung vorangetrieben werden. Solarenergie wird in Zukunft nicht nur Haushalte versorgen, sondern auch Elektroautos antreiben und elektrische Heizungen betreiben. Solarenergie und Photovoltaikanlagen werden damit zum Herzstück ganzheitlicher Energielösungen.
Nationale und internationale Beispiele für den Einsatz von erneuerbaren Energien
Einige nationale und internationale Beispiele für die Nutzung erneuerbarer Energien zeigen, wie Gemeinden, Länder und sogar Wahrzeichen auf nachhaltige Energie umgestiegen sind, um Umweltbelastungen zu reduzieren und zum Klimaschutz beizutragen.
Wildpoldsried, Bayern: Energieautarkes Vorzeigedorf
Vor 25 Jahren setzte sich Wildpoldsried das Ziel, seinen Energiebedarf zu 100 % aus erneuerbaren Energien zu decken. Die Gemeinde investierte in Photovoltaik, Wind-, Wasser- und Biomassekraft – angetrieben vor allem von Landwirten, die fossile Brennstoffe vermeiden wollten.
Ein Pionier war Wendelin Einsiedler, der mit Biogas, Solar- und Windkraft andere Bürger inspirierte. Seit 1999 haben über 200 Einwohner investiert, und bereits 2011 erzeugte Wildpoldsried dreimal mehr Energie als es verbrauchte. Heute deckt die Gemeinde das Fünffache ihres Bedarfs und verdient jährlich über 5 Millionen Euro durch den Verkauf von Überschussstrom.
Island: Vorreiter in Geothermie
Island deckt 26 % seines Strombedarfs und fast 90 % der Haushalte mit Geothermie – eine umweltfreundliche und kostengünstige Energiequelle. Trotz nur 364.000 Einwohnern (2020) hat das Land mit 46.890 kWh pro Kopf den weltweit höchsten Stromverbrauch (zum Vergleich: Deutschland 7.140 kWh).
Island setzt konsequent auf erneuerbare Energien und strebt Energieautonomie an, einzig der Transportsektor bleibt von fossilen Brennstoffen abhängig. Der Ausbau erneuerbarer Energien wurde vor allem durch Ölpreisschwankungen vorangetrieben.
Dank seiner vulkanischen Geologie ist Island ein ideales Beispiel für die Nutzung von Erdwärme und zeigt, dass eine Energiewende möglich ist. Auch in Mitteleuropa gibt es Potenzial für Geothermie – zudem kann Solarenergie Haushalte nachhaltiger und unabhängiger machen.
Internationale Wahrzeichen
Auch einige international bekannte Wahrzeichen sind auf erneuerbare Energien umgestiegen, um ihre Umweltauswirkungen zu reduzieren und ein nachhaltigeres Energiemanagement zu fördern.
Der Eiffelturm
Der Eiffelturm, eines der bekanntesten Wahrzeichen der Welt, beherbergt zwei 122 Meter hohe Windturbinen, die in der gleichen Farbe wie das Bauwerk gestrichen wurden, um nicht aufzufallen. Die Windräder erzeugen jährlich rund 10.000 kWh Strom und arbeiten völlig geräuschlos. Neben der Windenergie nutzt der Eiffelturm auch die Sonnenenergie. Ein effizientes Heizsystem, energiesparende LED-Beleuchtung und ein Regenwasserauffangsystem tragen dazu bei, den Energieverbrauch weiter zu senken.
Das Weiße Haus
Das Weiße Haus, der Amtssitz des US-Präsidenten, erhielt zwei Jahre nach dem Amtsantritt von Barack Obama eine Solaranlage auf dem Dach. Seit 2014 produziert die Anlage rund 19.000 kWh Strom pro Jahr.
Der Vatikan
Der Vatikan, Sitz des Papstes, hat auf dem Dach der Sala Nervi, in der Audienzen und Konzerte stattfinden, 2.400 Solarmodule installiert. Durch diese Photovoltaikanlage, den Austausch vieler Glühbirnen durch LEDs und andere Maßnahmen konnte der Vatikan seinen CO2-Fußabdruck um rund 225.000 kg reduzieren. Das langfristige Ziel des Vatikans ist es, seine Emissionen bis 2050 auf Null zu reduzieren.