2 Über die Sonnenenergie

Täglich wird uns von der Sonne eine Energiemenge geliefert, die den Energiebedarf in Deutschland um ca. das Achtzigfache übertrifft. Diese Energiequelle ist in den nächsten 5 Milliarden Jahren unerschöpflich und dazu noch kostenlos und umweltfreundlich. Es ist möglich, sowohl Wärme, als auch Strom aus dem Sonnelicht zu gewinnen. Die Solarenergie (Abb.3, 7) muss angesichts der weltweiten Klimaproblematik und der begrenzten fossilen Energieträger künftig einen hohen Stellenwert bei der Energieversorgung einnehmen. Die Branche wächst dynamisch an, seitdem die erneuerbaren Energien in Deutschland auch gesetzlich gefördert werden. Insbesondere das Erneuerbare Energie Gesetzt (EEG) schafft die Grundlage, Solaranlagen wirtschaftlich zu betreiben. Die Netzbetreiber werden verpflichtet, Strom aus Fotovoltaikanlagen zu nehmen und zu einem festgelegten Preis zu vermarkten. Die Solarwärme wird durch Zuschüsse aus dem Marktanreizprogramm gefördert.

2.1 Technologien zur Nutzung der Sonnenenergie

2.1.1 Fotovoltaik

Die Sonneneinstrahlung wird bei der solaren Stromerzeugung mittels Solarzellen (Abb.4) in elektrische Energie umgewandelt. Ein Halbleiter ist das Herzstück einer jeden Solarzelle, der meist aus Silizium besteht. Unter dem Einfluss von Licht entstehen bei bestimmten übereinander angeordneten Halbleiterschichten positive und negative Ladungen. Diese können durch ein elektrisches Feld getrennt werden und als Elektronen über einen elektrischen Leiter abfließen. Somit entsteht ein Gleichstrom der direkt zum Betrieb elektrischer Geräte genutzt oder in Batterien gespeichert werden kann. Der Gleichstrom kann allerdings auch in Wechselstrom umgewandelt werden und kann somit in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

2.1.2 Solarthermie

Die Strahlung der Sonne wird mittels sogenannter Kollektoren bei der solarthermischen Nutzung der Sonnenenergie in Wärmeenergie umgewandelt (Abb.5). Solarenergie wird in Deutschland hauptsächlich zur Erwärmung von Wasser, zum Duschen und Waschen oder zur Raumheizung verwendet. Außerdem kommen solarthermische Anlagen auch häufig bei der Erwärmung von Schwimmbadwasser zum Einsatz. Sonnenkollektoren absorbieren die solare Strahlung und wandeln sie in Wärme um. Dann geben sie die Wärme an ein Wärmeträgermedium ab, welches über ein Rohrsystem zu einem Speicher gepumpt wird und dort wird es mit Hilfe eines Wärmeaustauschers an das Brauchwasser abgegeben und strömt zu den Kollektoren zurück. Solange nutzbare Wärme in den Kollektoren zur Verfügung steht, hält der Regler die Pumpe in Betrieb und im Winter heizt somit der Kessel die fehlende Wärme nach.

2.1.3 Solarthermische Kraftwerke

In den solarthermischen Kraftwerken (Abb.6) wird das Sonnenlicht durch Spiegelsysteme auf einen Absorber gebündelt. Die dort erzeugte Wärme wird mit Hilfe konventioneller Technik (z.B. Dampfturbinen) zur Stromproduktion genutzt. Die erzeugte Wärme lässt sich speichern und somit wird der Kraftwerksbetrieb von der Einstrahlung entkoppelt und es kann sogar nachts Strom produziert werden.

Die Einsatzgebiete dieser Kraftwerke liegen im Sonnengürtel der Erde mit jährlich 1.700 bis 2.800 kWh Sonnenenergie pro Quadratmeter. Deutsche Firmen und Forschungsinstitute zählen zur Weltspitze bei der Entwicklung solarthermischer Kraftwerke.

Im Jahr 2004 standen über 6 Millionen Euro für die Erforschung der solarthermischen Stromerzeugung zur Verfügung(1).