Solarenergie: Energie aus dem All

In Form von Sonnenlicht empfängt die Erde täglich mehr Energie, als die Menschheit in einem Jahr verbraucht. Dennoch stellt Solarenergie nur einen kleinen Teil des globalen Energiemixes. Sinkende Preise und effizientere Technologien könnten das ändern.

Die Sonne ist der wichtigste Energielieferant der Erde. Lässt man Kernenergie beiseite, basieren alle fossilen und regenerativen Energiequellen auf ihrer scheinbar endlosen Energie. Seit Millionen von Jahren wandeln Pflanzen Lichtenergie und Kohlendioxide in Zucker und Sauerstoff um.

Überdeckt von Sedimenten entstand aus ihren Überresten Kohle, Öl und Gas, aus denen wir heute Strom gewinnen, unsere Häuser beheizen und unsere Autos antreiben.

Sonnenenergie ist auch die treibende Kraft hinter den Luftströmungen, die unsere Windturbinen antreibt und den Regengüssen, die Stauseen füllen. Nur die direkte Nutzung der Sonnenenergie durch Solarpanele und Photovoltaikzellen bereitet der Menschheit noch Schwierigkeiten.

Globale Bedeutung und zukünftige Trends

Zwar steigt die installierte Solarleistung Jahr für Jahr, trotzdem ist ihr Anteil am weltweiten Energiemix noch verschwindend gering. Selbst in Deutschland, dem Marktführer in Sachen Solarenergie, werden nur etwa 0,3 Prozent des gesamten Strombedarfs durch Photovoltaikzellen produziert. In den USA liegt der Anteil bei weniger als 0,1 Prozent.

Einer UN-Studie zufolge wurden im Jahr 2006 weltweit 70 Milliarden Dollar in erneuerbare Technologien investiert. 16 Prozent dieser Gelder flossen in den Solarsektor, der damit noch hinter Windkraft (38 Prozent) und Biobrennstoffen (26 Prozent) lag.

Dem Weltenergierat WEC zufolge wächst der Markt für solare Warmwasserbereitung jährlich um 20 Prozent, für solare Photovoltaik gar um 35 Prozent.

Aber erst wenn die Kosten für Solartechnologien weiter fallen, haben sie eine Chance, im offenen Wettbewerb mit anderen Energiequellen zu bestehen. Die Chancen stehen nicht schlecht.

Im sonnigen Kalifornien etwa hat die Solarenergie bereits „grid parity“ erreicht. Das heißt, die Stromkosten können ohne staatliche Unterstützung mit den Preisen für Strom aus Kohle- oder Gaskraftwerken konkurrieren. Wenn sich dieser Trend fortsetzt, könnte die Solarenergie bis zum Ende des Jahrhunderts mit Kohle, Gas und Öl mithalten oder diese sogar teilweise ersetzen.

Globale Ressourcen und Produzenten

Innerhalb von 20 Tagen empfängt die Erde mehr Energie von der Sonne, als in den derzeitigen Kohle-, Öl- und Erdgasreserven der Erde gespeichert ist. Die Herausforderung besteht darin, einen Teil dieser Lichtenergie mit rentablen und effizienten Methoden in nutzbare Energie umzuwandeln.

Gegenwärtig werden hauptsächlich zwei Methoden eingesetzt. Photovoltaische Zellen (PV) aus dünnem, kristallinem Silizium wandeln Sonnenlicht direkt in Strom um. Thermische Sonnenkollektoren dagegen, erwärmen Wasser für den privaten oder industriellen Gebrauch. Solarthermische Kraftwerke nutzen dieses Prinzip, um mit Wasserdampfturbinen Strom zu erzeugen.

Deutschland ist weltweit der führende Produzent von photovoltaischen und thermischen Solartechnologien. Allein 2007 wurden in Deutschland Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von 1,1 Gigawatt (GW) installiert, fast die Hälfte des weltweiten Zuwachses von 2,3 GW. Japan, das seine Solarkapazitäten im Jahr 2006 um 292 MW erweiterte, ist ebenfalls ein wichtiger Markt und Exporteur von PV-Technologien.

China fügt seinem Energiemix derzeit verstärkt thermische Solarkolektoren hinzu. Rund die Hälfte der weltweit installierten Solarkollektoren steht in China, bis zum Jahr 2010 soll ihre Anzahl um weitere 50 Prozent steigen. China hat aber auch bei der Produktion und dem Einsatz von Photovoltaik-Zellen Fortschritte erzielt.

Energieertrag

Der Energieertrag von Photovoltaik und Solarthermik hängt vom jeweiligen Standort der Anlage ab. Die meisten Regionen empfangen ausreichend Sonnenlicht, aufgrund der geringen Wolkenbildung eignen sich aber vor allem Wüsten und aride Gebiete.

Einfache PV-Zellen wandeln etwa sechs bis acht Prozent der absorbierten Sonnenenergie in Strom um. Manche Prototypen erreichen bereits Wirkungsgrade von über 40 Prozent, doch sie sind noch zu teuer für die Massenproduktion.

Sonnenkollektoren sind wesentlich effizienter. Heutzutage wandeln Kollektoren 60 bis 70 Prozent des absorbierten Sonnenlichts in Wärme um, brauchen aber mehr Wartung und Pflege als PV-Anlagen.

Konzentrierte thermische Solaranlagen nutzen Spiegel, um das Sonnenlicht zu bündeln und auf einen Punkt zu lenken. Dieser konzentrierte Strahl erhitzt eine Kochsalzlösung oder ein anderes Medium auf extrem hohe Temperaturen, um Wasserdampf zum Betrieb von Dampfturbinen zu erzeugen.

Ein Solarkraftwerk mit einer Leistung von elf Megawatt wurde im März 2007 nahe dem spanischen Sevilla fertiggestellt. In Australien ist eine Anlage mit einer Leistung von 154 Megawatt geplant, eine weitere in Kaliforniens Mojave-Wüste mit 500 Megawatt.

China hat den Bau eines riesigen Solarkraftwerks im Qaidam-Becken, einer Salzwüste in der nordwestlichen Provinz Qinghai, angekündigt. Das Kraftwerk soll bis zu ein Gigawatt Strom liefern.

Auswirkungen auf die Umwelt und Nachteile

Die Herstellung und Installation von Solarsystemen erfordert Energie und den Einsatz gefährlicher Materialien wie Arsen und Cadmium. Für die Massenproduktion von Photovoltaik-Zellen wird hochwertiges Silizium verwandt. Gelegentliche Lieferengpässe führen immer wieder zu Problemen. Schließlich beanspruchen leistungsstarke Solaranlagen große Flächen Land.

Dennoch sind die Auswirkungen auf die Umwelt beim Umstieg auf Solarenergie durchweg positiv. PV-Systeme produzieren Energie auf wesentlich sauberere Weise als Kohle und Öl. Wie Windturbinen liefern aber auch Solaranlagen nachts und an bewölkten Tagen keinen oder wenig Strom und müssen mit Energiespeichern gekoppelt werden.

Berücksichtigt man auch die Produktion und Installation, so verursachen PV-Kraftwerke achtmal weniger Treibhausgas-Emissionen als Kohlekraftwerke. Die Anschaffungskosten für thermische und photovoltaische Systeme schrecken jedoch noch viele Eigenheimbesitzer ab. Doch sinkende Kosten und staatliche Subventionen in Ländern wie Deutschland haben geholfen, das Wachstum am Markt zu erhalten.

Autor: Valdis Wish

Veröffentlicht am: 14. April 2009

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