• Philipp Lumetsberger

Strom aus Sonnenlicht als Klimaretter

Im Hinblick auf den stetig steigenden Energiebedarf rücken umweltfreundliche Energieträger zunehmend in den Fokus. Gerade in den letzten Jahren erlebte die Sonnenenergie in Form von Photovoltaik- und solarthermischen Anlagen einen regelrechten Boom. Doch ist diese Form der Energiegewinnung tatsächlich der Weisheit letzter Schluss? Wir werfen einen Blick auf die Vor- und Nachteile dieser Energieart.


Solarstrom auf dem Vormarsch - Im Jahr 2016 belief sich die weltweite Stromerzeugung durch Solarstrom auf 227 Gigawatt bzw. 2% des weltweiten Energiebedarfs. Studien bescheinigen dieser Energieart jedoch einen rasanten Anstieg. Bis zum Ende dieser Dekade könnte Sonnenenergie auf eine Kapazität von bis zu 2.500 GW ausgebaut werden und 13% des globalen Strombedarfs decken.

Sonnenstrahlen lassen sich in Elektrizität, Wärme oder chemische Energie umwandeln. Da diese Energiequelle zu 100 Prozent erneuerbar ist, ist deren Nutzung enorm umweltfreundlich. Im Gegensatz zu Energieträgern wie Kohle, Erdgas oder Erdöl ist darüber hinaus die Sonnenenergie unerschöpflich vorhanden und zählt — neben Wasser-, Windkraft und Biomasse — zu den so genannten erneuerbaren Energien.

 

Vor- und Nachteile

  • Kein Ausstoß von Treibhausgasen während der Nutzungsphase

  • Lange Lebensdauer der Solaranlagen und wenig Leistungsverlust bei regelmäßiger Wartung

  • Abhängigkeit von fossilen Energieträgern entfällt

  • Unabhängigkeit von Stromanbietern

  • Selbst produzierter Strom, der in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird, wird vergütet

  • Inkonstante Stromproduktion aufgrund der Jahreszeit und der Witterung

  • Verhältnismäßig geringer Wirkungsgrad

  • Relativ großer Flächenbedarf, der oft zu Lasten landwirtschaftlicher Nutzflächen geht

  • Zusätzliche Speichermöglichkeiten notwendig, um eine konstante Stromversorgung zu gewährleisten

 

Aus Sonnenlicht entsteht Strom und Wärme


Hauptsächlich ist der Begriff Solarenergie im Zusammenhang mit sogenannten Solaranlagen zur Erzeugung von Strom oder Wärme gebräuchlich. Dabei werden die Strahlen der Sonne von Solarmodulen einer Photovoltaikanlage direkt in elektrische Energie umgewandelt oder das Sonnenlicht wird bei der Solarthermie mithilfe von Sonnenkollektoren in Wärme umgewandelt, wenn es auf deren Oberfläche trifft. Je mehr Strahlung diese Fläche absorbieren kann, desto größer ist der Effekt. Solarkollektoren sammeln die Sonnenwärme ein und leiten sie über einen Wärmekreislauf in einen Wärmespeicher. So steht die gewonnene Wärme für den

Warmwasserbedarf oder zum Heizen bereit.


Die Zahl der Photovoltaikanlagen hat in den vergangenen Jahren stetig zugenommen und leistet einen bedeutenden Beitrag zur Stromversorgung. Wie man durch Berechnungen festgestellt hat, ist die Sonneneinstrahlung stets konstant und beträgt pro Jahr in etwa das Zehntausendfache des jährlichen Energieverbrauchs der ganzen Menschheit. Damit verfügt die Sonnenenergie über ein sehr großes Potenzial, da die Menschen wohl niemals an die Kapazitätsgrenze dieser Energieart stoßen können.


Hinzu kommt noch, dass die Strom- bzw. Wärmeerzeugung mithilfe des Sonnenlichts keine Treibhausgase freisetzt und damit als emissionsfrei und äußerst klimaschonend eingestuft werden kann. Komplett schadstofffrei ist diese Energieart allerdings nicht. Schließlich werden bei der Produktion der einzelnen Anlagen CO2-Emissionen freigesetzt. Einer Studie des deutschen Umweltbundesamtes zur Folge verursacht eine Photovoltaikanlage von der Herstellung über den Betrieb bis hin zur Entsorgung bei einer 30-jährigen Nutzungsdauer Emissionen in Höhe von 67 Gramm CO2-Äquivalenten / kWh. Bei Steinkohle- und Gaskraftwerken beträgt dieser Wert in etwa 694 Gramm CO2-Äquivalente / kWh. Photovoltaikanlagen verursachen somit pro Kilowattstunde Strom nur etwa ein Zehntel der Treibhausgasemissionen von Steinkohle- und Gaskraftwerken.


Lange Amortisationszeit


Die Kosten für eine Solaranlage sind aufgrund der sinkenden Preise für die einzelnen Bestandteile in den letzten Jahren gesunken. Aus energetischer Sicht amortisieren sich Photovoltaikanlagen in Deutschland nach ein bis zwei Jahren – nach dieser Zeit hat die Anlage so viel Energie produziert wie für die Herstellung, den Betrieb und die Entsorgung aufgewendet werden muss.


Konventionelle Energieerzeugungsanlagen mit fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdöl oder Erdgas amortisieren sich energetisch hingegen überhaupt nie, da während der Nutzung immer mehr Energie in Form von Brennstoffen eingesetzt werden muss, als man schließlich Nutzenergie erhält.

Rein finanziell betrachtet dauert es wiederum in etwa 10 bis 15 Jahre, bis sich für Privatpersonen die Investition in eine eigene Photovoltaikanlage rechnet.


Wirtschaftsmotor Sonnenenergie - 2020 betrug in Deutschland der Jahresumsatz der Photovoltaik-Branche 6,3 Mrd. Euro. Experten schätzen, dass sich der Umsatz dieser Sparte bis zum Jahr 2030 auf 13,1 Mrd. Euro erhöhen und damit etwas mehr als verdoppeln wird. Im Bereich der Solarthermie belief sich der Umsatz 2020 auf 900 Mio. Euro. Auch hier wird bis zum Ende der Dekade eine Verdopplung auf 1,8 Mrd. Euro erwartet.

Klimaschonende Nutzung als immenser Vorteil


Der größte Vorteil der Solarenergie ist zweifelsfrei ihre umweltfreundliche Nutzbarkeit: Sowohl thermische Solaranlagen als auch Photovoltaikanlagen sind während der Nutzung absolut klimaschonend. Es entstehen weder Abgase, CO2-Emissionen noch andere umweltschädliche Produkte, die sich negativ auf den Klimawandel auswirken.


Der Transport des Stroms zwischen dem Erzeuger und dem Verbraucher ist in der Regel sehr aufwändig und mit hohen Kosten verbunden, da die Energie vom Kraftwerk zum Endkunden über einen langen Weg gebracht werden muss. Dieser Transport ist leider nicht ohne Energieverlust möglich. Durch eine Photovoltaikanlage entfallen diese Transportkosten und der damit einhergehende Energieverlust.


Einen weiteren Pluspunkt stellt außerdem die Lebensdauer dar: Photovoltaik- und thermische Solaranlagen können problemlos mindestens 25 Jahre lang genutzt werden. Wird die Anlage zudem regelmäßig gewartet, ist auch kein gravierender Leistungsabfall über diesen Zeitraum hinweg zu befürchten.


Da zudem Sonnenenergie überall auf der Erde verfügbar ist, werden tendenziell politische Abhängigkeiten von einigen wenigen Staaten, die den Weltmarkt mit nicht erneuerbaren Energieträgern wie Uran, Kohle oder Erdöl beliefern, vermieden.

Zusätzlich sorgen eine Photovoltaikanlage oder Sonnenkollektoren auf dem Dach des Eigenheims für eine gewisse Unabhängigkeit gegenüber Stromanbietern und Strompreisschwankungen. Bei Photovoltaikanlagen kommt schließlich noch hinzu, dass der produzierte Strom nicht nur für den Eigenbedarf verwendet, sondern auch in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann, wenn dieser nicht selbst benötigt wird. Besitzer einer solchen Anlage profitieren somit doppelt: Zum einen sinkt die Stromrechnung und zum anderen wird der selbst produzierte und in das Netz eingespeiste Strom vergütet. Aktuell liegt diese Vergütung laut dem Erneuerbare Energien Gesetz – kurz EEG – bei 9,87 Cent pro Kilowattstunde.


Technologie mit Schwächen


Die Nachteile der Solarenergie liegen, wie bei allen witterungsabhängigen Energiequellen üblich, in der fehlenden Konstanz, da beispielsweise nachts die Sonneneinstrahlung komplett ausbleibt. Es sind also Speichertechnologien notwendig, die auch in Perioden schwächerer Energiegewinnung wie etwa zu Nachtzeiten eine ausreichende Versorgung garantieren.

Die jährliche Ausbeute von Sonnenkollektoren oder Photovoltaikanlagen hängt außerdem sehr stark von den vorherrschenden Witterungsverhältnissen sowie den Jahreszeiten ab. Jedoch ist die Stärke dieser Abhängigkeiten bei Thermischen bzw. Photovoltaikanlagen unterschiedlich. So funktionieren beispielsweise Solarthermie-Anlagen nur bei starker direkter Sonneneinstrahlung gut. Dagegen bringen Photovoltaikanlagen auch bei diffusem Licht an trüberen Tagen noch einen beachtlichen Teil ihrer Leistung und funktionieren im Allgemeinen bei niedrigen Umgebungstemperaturen sogar besser als in heißen Ländern.


Zur Nutzung der Sonnenenergie wird aufgrund der eher geringen Energiedichte eine verhältnismäßig große Fläche benötigt. Dieser Bedarf geht in sehr vielen Fällen allerdings zu Lasten der landwirtschaftlichen Nutzflächen. Ende 2019 bedeckten dem Umweltbundesamt zufolge Photovoltaik-Freiflächenanlagen in Deutschland insgesamt rund 30.000 Hektar, davon waren knapp 26 Prozent Ackerflächen und 14 Prozent Randstreifen an Verkehrswegen, die zum Teil ebenfalls den Ackerflächen zugeordnet werden.


Die geringe Leistungsdichte hat ebenfalls zur Folge, dass der Materialaufwand und somit die Kosten für die Produktion relativ hoch sind. Zur Herstellung wird demnach eine nicht zu unterschätzende Menge an Energie benötigt. Diese hängt allerdings sehr stark von der verwendeten Technologie ab. Die Weiterentwicklung der Solartechnologie sollte aber den Energieaufwand künftig vermindern.


Während die Betriebskosten von Anlagen zur Nutzung von Solarenergie praktisch immer sehr gering sind, sind die Investitionskosten hingegen nach wie vor relativ hoch - trotz der stetig sinkenden Preise der einzelnen Bauteile. Das Problem der Finanzierung ist demnach sehr oft ein wesentliches Hindernis bei der Realisierung einer Solaranlage.


Unvorstellbares Potenzial


Generell lässt sich die Sonnenenergie in äquatornahen Gebieten wesentlich besser nutzen als in anderen Regionen. So ist beispielsweise die Strahlungsenergie pro Quadratmeter innerhalb eines Jahres in Europa nur in etwa halb so hoch wie jene in der Sahara.


Das immense Potenzial der Sonnenenergie wird anhand der folgenden Beispiele verdeutlicht: Berechnungen zufolge könnten solarthermische Kraftwerke, die ein Prozent der Sahara-Wüstenfläche bedecken, den weltweiten Strombedarf decken. Um den jährlichen Energiebedarf Deutschlands komplett mithilfe des Sonnenlichts decken zu können, müssten in etwa 0,7 Prozent der Landesfläche verbaut werden. In Österreich wiederum könnten 100 Prozent des Strombedarfs mit Photovoltaikanlagen, die sich über drei Prozent der Fläche der Alpenrepublik erstrecken, gedeckt werden. Auch wenn der Ausbau von Solaranlagen in diesem Ausmaß theoretisch machbar wäre, ist es fraglich ob dies aus ökonomischen und technologischen Gründen sinnvoll ist.

 

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Die Batterie dieses kompakten Radios lässt sich wahlweise über eine Kurbel, ein Solarpanel an der Oberseite des Geräts oder via USB aufladen. Zusätzlich ist das Gadget mit einer Taschenlampe, einem Wecker, einem Kopfhöreranschluss sowie einem digitalen Display mit Hintergrundbeleuchtung ausgestattet.


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EXPLORER+ auch als Ladestation für mobile Endgeräte. Der aus wasserabweisendem Material gefertigte Rucksack beinhaltet zwei gepolsterte Fächer für Laptops bis 15 Zoll. Mit einem Volumen von rund 15 Litern bietet der Rucksack jede Menge Platz. Das Solarmodul lässt sich zudem mühelos entnehmen, wenn es nicht benötigt wird.


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