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Sonnenenergie Erklärung und Nutzung

Letztes Update: 5. März 2021

Lesedauer: 8 Minuten

Jens Burkhardt

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Jens Burkhardt

In diesem Artikel schauen wir uns an, was Sonnenenergie ist, welches Energiepotential die Sonne hat und, wie diese Energie für die Menschheit genutzt werden kann.

Was ist Sonnenenergie?

Sonnenenergie ist die Strahlenenergie der Sonne, welche auf die Erde trifft. Sie entsteht durch Temperaturen über 5000 Grad Celsius auf der Sonnenoberfläche durch Kernfusion. Sonnenenergie kann durch Umwandlung in elektrischen Strom oder Wärme nutzbar gemacht werden. Die eingesetzten Techniken nennen sich Photovoltaik und Solarthermie.

Ist Sonnenenergie und Solarenergie das gleiche?

Solar kommt von Sonne. Wenn von Solarenergie gesprochen wird, ist dasselbe gemeint, wie Sonnenenergie. 

Wie wird Sonnenenergie erzeugt?

Die Sonne ist sehr weit entfernt (147- bis 150 Mio. Kilometer). Dennoch liefert sie uns sehr viel Energie. Sie ist 110 Mal größer als die Erde und ist der einzige Stern in unserem Sternsystem. Als Gaskugel besteht sie zu etwa 73 Prozent aus Wasserstoff.


Im Sonnenkern existieren Temperaturen von etwa 15 Millionen Kelvin. Dadurch kann die Kernfusion stattfinden. Es entsteht Helium und eine riesige Menge an Energie.

Solarenergie der Sonne

Die Sonne produziert Strom mithilfe von Kernfusion

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Diese Strahlenenergie kommt durch elektromagnetische Wellen auf die Erden. Mit Lichtgeschwindigkeit dauert es nur 8 Minuten von Sonne zu Erde. In kosmischen Maßstäben ist das sehr schnell. Wäre unsere Welt nur ein Stückchen weiter entfernt, hätten wir hier bittere Kälte. Kein Leben wäre so möglich.

Bei der Kernfusion wird Wasserstoff verbraucht. Die Sonne ist demzufolge keine unendliche Energiequelle. Wir können aber beruhigt sein: Die Sonne wird noch ca. 5 Mrd. Jahre scheinen und uns mit Energie versorgen.

Die Sonne als Energiequelle

Unsere Sonne ist die bedeutendste Energiequelle. So gut wie jede Energie, die wir zur Verfügung haben, ist nur umgewandelte Solarenergie. Oberhalb der Erdatmosphäre kommen die Lichtstrahlen mit ca. 1.367 Watt je m² an. Man spricht dabei auch von der Solarkonstante.

Pro Quadratmeter trifft jede Minute etwa 82 KJ an Sonnenenergie auf die Erde. Damit könnte die Menschheit ihren kompletten Energiebedarf locker abdecken.

Nicht nur das: Die ankommende Strahlenenergie übertrifft den Primärenergiebedarf der Menschheit von ca. 600 Exajoule um den Faktor 10.000. Die Sonne hat also das Potenzial, eine 100 prozentige Energieversorgung über erneuerbare Energien zu ermöglichen.  

Wie hoch ist die nutzbare Energie der Sonne?

Die Sonnenenergie ist je nach Region unterschiedlich hoch. Generell gilt: Je näher am Äquator, desto höher die Einstrahlung. In südlichen Ländern ist der Wirkungsgrad von Solaranlagen entsprechend größer, als in Deutschland.

Im Bild lässt sich erkennen, wie der Strahlenenergie gen Süden zunimmt.

Sonnenstrahlung Deutschland

Karte der jährlichen Sonnenstrahlung

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Bei einer Photovoltaikanlage mit 20 Prozent Systemverlusten (z.B. durch Verschmutzung, Leitungsverlusten, kein optimaler Aufstellwinkel) wird ca. soviel Solarenergie je qm produziert:

Ort

Solareinstrahlung in kWh je qm²

Stromerzeugung in kWh je kWp

München

1400

1120

Frankfurt

1300

1040

Deutschland

1275

1020

Berlin

1250

1000

Hamburg

1150

920

Zum Vergleich: in Kenia liegt die jährliche Strahlungsenergie bei etwa 2300 kWh je m².

Lässt sich Sonnenenergie in Deutschland nutzen?

Auch in der BRD lohnt sich Solarenergie. Die Einstrahlung hier nicht so hoch, wie in Afrika. Dennoch: aufgrund der günstigen Stromgestehungskosten von erneuerbaren Energien lohnt es sich auch in Deutschland Sonnenstrom direkt zu nutzen.

Seit dem Jahr 2000 mit Einführung des EEG wird in Deutschland immer mehr Energie durch die Sonne gewonnen. Der Anteil am Stromenergiemix beträgt mittlerweile über 45 Prozent!

Wie kann die Sonnenenergie genutzt werden?

Ohne Sonne gibt es kein Leben auf der Erde. Lange Zeit ist die Menschheit ohne direkte Sonnenenergie, wie Photovoltaik und Solarthermie ausgekommen. Jedoch existiert ungefähr 99 Prozent der gesamten Energie auf der Erde indirekt nur durch die Sonne. So wachsen z.B. ohne Sonnenlicht keine Pflanzen und es gäbe keine Nahrung.

Aber schauen wir uns jetzt die wichtigsten Möglichkeiten der Nutzung an.

Photovoltaik

Die direkte Umwandlung von Lichtenergie zu elektrischem Strom mithilfe von Solarzellen nennt man Photovoltaik. Mehrerer dieser Solarzellen werden zu einem Solarmodul zusammengefügt. Daraus lässt sich dann eine Photovoltaikanlage aufbauen, die Gleichstrom produziert. 


Dieser Gleichstrom wird dann durch einen Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt und ist für uns nutzbar.

Solarzelle

Verschiedene Typen von Solarzellen

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Es gibt verschiedenen Möglichkeiten eine PV-Anlage zu nutzen:

Dachanlage

Die typische Anwendung ist auf dem Dach. Warum? Weil es in jedem Land riesige Dachflächen gibt, die für die Solarenergie genutzt werden können. Diese lassen sich sogar vermieten.

Ein typisches Einfamilienhaus kann, mit dem eigenen Solardach, im Jahresverlauf mehr Strom produzieren, als die Familie selbst verbraucht.

Eine klassische Photovoltaik-Anlage hat eine Größe von 6- bis 10 Kilowatt Peak und produziert ca. 6000- 10000 kWh pro Jahr.

Freiflächenanlage

Natürlich können PV-Anlagen auch für Freiflächen konzipiert werden. Der Vorteil besteht in der Größe der Anlagen, welche mehrere MWp (Megawatt Peak) betragen kann.

Damit leisten Sie einen großen Beitrag zur Energiewende und sind für Investoren beliebt. Allerdings verbrauchen Sie viel Fläche und konkurrieren mit der Landwirtschaft.

Mini Solaranlage

Viele Menschen leben in Städten und Wohnungen. Ist ein Balkon vorhanden, so kann dieser genutzt werden, um Strom zu erzeugen. Mit einer Mini Solaranlage, bestehend aus einem oder zwei PV-Modulen, kann die Sonne auch hier genutzt werden.

Der Aufbau ist nicht sehr schwer und kann, mit etwas handwerklichem Geschick, selbst vorgenommen werden.

Solarthermie

Solarthermie und Photovoltaik

Solarthermie (oben) und PV-Anlage

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Die zweite Möglichkeit der direkten Nutzung von Sonnenenergie ist die Solarthermie. Dabei werden Sonnenstrahlen in thermische Energie (Wärme) umgewandelt.

Diese Warmwasseranlagen können die Heizung unterstützen und für ausreichend warmes Wasser sorgen. Beide Anwendungen benötigen sehr viel Energie und können teilweise ersetzt werden.

Indirekte Nutzung von Sonnenenergie

Solarenergie lässt sich auch indirekt nutzen. Ohne die Sonne gäbe es z.B. keinen Wind und keine Wasserkraft.

Indirekte Energiegewinnung durch:

  • Holz- und Kohleverbrennung zum Heizen
  • Biomasse für Biogasanlagen zur Stromerzeugung
  • Nutzung von Windenergie mit Windkraftwerken (Windräder) an Land und auf dem Meer
  • Nutzung der Wasserkraft durch Wasserkraftwerke
  • Gezeitenkraftwerke
  • Herstellung von Treibstoffen wie Bioethanol
  • Passive Nutzung (Passivhäuser, aufwärmen des Hauses durch Sonne)

Lässt sich Solarenergie speichern?

Solarenergie hat einen Nachteil zur konventionellen Energieerzeugung. Sie ist nicht steuerbar. Die Sonnen scheint nur am Tag, nicht in der Nacht. Zudem ist die Sonnenenergie im Sommer stärker, als im Winter. 

Die Menschen benötigen die Energie aber rund um die Uhr, auch im Winter. Die wichtige Frage lautet also: lässt sich die Energie speichern?

Solarenergie lässt sich mithilfe von Batteriespeichern oder durch Pumpspeicherkraftwerk zwischenspeichern. Allerdings wird durch jede Speicherung Energie verloren, sodass die Effizienz geringer wird. 

Auch müssen diese Speicher erst mal produziert werden, was nicht sehr umweltfreundlich ist.

Mit dem Anteil von fast 50 Prozent an der Stromgewinnung gibt es in Deutschland aber keine signifikanten Probleme für die Netzstabilität. 

Da in Zukunft die meisten Autos elektrisch fahren werden, könnte die Speicherproblematik einfach gelöst werden. Durch bidirektionales Laden können E-Autos in Zukunft als riesige, bewegliche Speicher fungieren.

Ist Sonnenenergie umweltfreundlich?

Sonnenenergie hat einen entscheidenden Vorteil. Sie ist nahezu CO2-neutral. Für die Nutzung muss zwar Energie aufgebracht werden (z.B. Herstellung Solarmodul), aber insgesamt ist sie sehr umweltfreundlich.

Der menschengemachte Klimawandel stellt eine große Bedrohung dar. Um die Folgen abzuschwächen, muss eine vollständige Energiewende hin zu erneuerbaren Energien erfolgen.

Da die Politik die Sonnenenergie immer wieder ausbremst, sollte jeder einzelne in die Eigenverantwortung treten. Nur so lässt sich der Wandel gemeinsam schaffen.

Zusammenfassung

Für ein Referat über Sonnenenergie sind hier folgende Punkte besonders wichtig:

Vorteile Sonnenenergie

  • unendliche Energiereserve
  • mittlerweile sehr günstige Nutzung der Energie
  • kaum externe Effekte, wie Umweltverschmutzung
  • dezentrale Energieversorgung, jeder kann partizipieren
  • keine politische Abhängigkeit von anderen Ländern

Nachteile Solarenergie

  • Die Energie ist nicht immer verfügbar, wenn gebraucht (Tag-Nacht, Winter-Sommer)
  • die Speicherung führt zu Umwandlungsverlusten
  • dezentrale Energieversorgung ist deutlich komplexer, höhere Kosten für die Netzstabilität
  • Die Energiedichte der nutzbaren Lichtenergie ist gering. Es entsteht ein großer Flächenbedarf z.B. für Photovoltaik

Mehr Vorteile und Nachteile von Photovoltaikanlagen gibt es hier.

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