Was ist Solarenergie?

Solarenergie oder Sonnenenergie wird die Energie der Sonne genannt, die als elektromagnetische Strahlung auf die Erde trifft. Wir nutzen diese Energie auf verschiedene Arten, denn sie ist eine unerschöpfliche, erneuerbare und vor allem saubere, grüne Energie.

Damit ist sie eine Alternative zu fossilen Energien oder Kernenergie, die nicht erneuerbar sind.

In diesem Artikel zeigen wir Ihnen die Bedeutung der Solarenergie, wie wir sie aktiv nutzen können und wie Deutschland die Sonnenenergie verwendet.

Größte Energiequelle der Erde

Die Sonne liefert jährlich eine Energiemenge von ca. 1,5 Mrd. Terawattstunden oder das 10.000-fache des Weltenergiebedarfs im Jahr 2010. Damit ist sie die größte Energiequelle, die uns auf der Erde zur Verfügung steht. Ihre abgegebene Strahlungsenergie ist sehr konstant, Schwankungen sind nicht bekannt.  

Welche Energiemenge der Sonne wir auf der Erde nutzen können, hängt von den Faktoren Sonnenspektrum, Dauer der Einstrahlung und Winkel in dem die Strahlen, auf die Erde treffen, ab. Daher liegt die Sahara-Region mit einer maximal nutzbaren Energie von ca. 2.300 kWh pro qm und Jahr an der Spitze. In Mitteleuropa liegt dieser Wert nur bei rund 1.000 kWh pro qm und Jahr.

Wie kann Solarenergie nutzbar gemacht werden?

In Deutschland können wir Sonnenenergie als Wärmeenergie (Solarthermie) oder als elektrische Energie (Photovoltaik) aktiv nutzen. Alternativ gibt auch die passive Nutzung, z. B. durch große Fensterflächen.

Solarthermie

Bei der Solarthermie wandeln Kollektoren, die von einer Wärmeträger-Flüssigkeit durchströmt werden, die Sonnenstrahlung in Wärmeenergie um – oder einfacher: die Sonne erwärmt die Flüssigkeit. Die so gewonnene Wärme gelangt in einen Wärmetauscher, der die Wärme an Wasser abgibt und das erwärmte Wasser in einem Pufferspeicher vorhält. Dieser versorgt das Haus mit Warmwasser und / oder kommt bei der Heizungsunterstützung zum Einsatz.

Solarthermie-Anlagen werden vor allem als Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren auf dem Dach installiert. Der Ertrag eine Solarthermieanlage hängt von der Kollektorfläche, der Ausrichtung und Neigung der Kollektoren sowie der Einbindung in die Heizungsanlage ab.

Vor- und Nachteile der Solarthermie

+ Deckt einen Teil des Heizenergie- und Warmwasserbedarfs
+ Spart Kosten
+ Verringert Emissionen von fossilen Brennstoffen

- Nur eine Unterstützung der Heizung, kein vollständiger Ersatz anderer           Energieträger
- Aufwändigere Installation der Solaranlage
- Überschüssige Energie nur mit großem Aufwand lange speicherbar

Photovoltaik

Strom aus Sonnenenergie wird in Deutschland mit der Photovoltaik erzeugt. Solarzellen, die in Solaranlagen zu Solarmodulen zusammengeschaltet sind, wandeln das Sonnenlicht direkt in elektrische Energie, den sogenannten Solarstrom, um.

Solarzellen bestehen in der Regel hauptsächlich aus dem Halbleitermaterial Silizium. Durch Zufuhr von Energie, in diesem Fall Sonnenenergie, verbessert sich dessen Leitfähigkeit und die Bewegung von Elektronen wird angeregt. Es entsteht ein elektrisches Feld und damit fließt Strom.

Die Solarmodule erzeugen Gleichstrom. Ein Wechselrichter wandelt ihn in Wechselstrom um, denn alle Haushaltsgeräte arbeiten mit Wechselstrom.

Photovoltaik findet Gebrauch in:

• Dachanlagen in Haushalten für den Eigenverbrauch oder die Netzeinspeisung
• Solarparks oder Freiflächenanlagen für die Produktion und Vermarktung der gewonnenen Energie in großem Maßstab
• Technischen Geräten, wie Straßenbeleuchtung, Parkuhren, etc.

Vor- und Nachteile der Photovoltaik

+ Erneuerbare Stromerzeugung, die jeder nutzen kann
+ Stromerzeugung ist direkt am Ort des Verbrauchs möglich
+ Reduziert Abhängigkeit vom Energieversorger
+ Nahezu wartungsfrei und geringe laufende Kosten
+ Verringert CO2-Emissionen der Energieversorgung

- Schwankende Stromerzeugung je nach Wetter, Tages- und Jahreszeit
- Stromerzeugung passt nicht immer zum Strombedarf
- Hohe Investitionen für die Anschaffung
- Hoher Energiebedarf für die Herstellung der Solarmodule
- Durch Einspeisung wird das Stromnetz belastet

Der Herstellungsprozess der Solarmodule ist sehr aufwändig und kostenintensiv, die Aufbereitung des Siliziums dabei sehr komplex.

In den vergangenen Jahren ist es den Herstellern jedoch gelungen, ihre Produktionsprozesse weiter zu verbessern und die Wirkungsgrade der Module zu erhöhen. So wurden die Kosten reduziert. Inzwischen erzeugen die Solarmodule in Deutschland in ein bis eineinhalb Jahren die Energiemenge, die Hersteller für ihre Produktion aufwenden müssen.

Um die photovoltaische Energienutzung weiter zu verbessern und Kosten zu senken, wird stetig an neuen Technologien, Materialien und Herstellungsprozessen geforscht.

So nutzt Deutschland die Solarenergie

In Deutschland kommen beide der oben genannten Arten der Nutzung von Solarenergie zum Einsatz. Viele Häuser haben eine Solarthermieanlage zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung.

Aufgrund der attraktiven Förderung und der Preisentwicklung wurden in den letzten Jahren verstärkt Solaranlagen sowohl auf Einfamilien- als auch Mehrfamilienhäusern und Geschäfts- oder Industriegebäuden installiert.

Ende 2021 gab es in Deutschland etwa 2,5 Millionen Solarwärme-Anlagen, die in dem Jahr 8,8 Terawattstunden thermische Energie erzeugt haben. Zusammen haben diese Anlagen 2021 rund 2,5 Millionen Tonnen CO2-äquivalente Treibhausgase vermieden.

Bei Solaranlagen betrug die Anzahl der Anlagen Ende 2021 ca. 2,2 Millionen, mit einer Gesamtleistung von rund 59 GWp (Nennleistung in Gigawatt). Diese PV-Anlagen haben 2021 rund 50 Terawattstunden Strom erzeugt, was einen Anteil von ca. 10 Prozent an der Nettostromerzeugung ausgemacht hat. Durch die Solarstromerzeugung konnten rund 34,4 Millionen Tonnen CO2-äquivalente Treibhausgase vermieden werden.

Von den bereits installierten Photovoltaikanlagen befanden sich Ende 2020 rund 1,3 Millionen Anlagen auf den Dächern von Ein- und Zweifamilienhäusern. Das Potenzial für PV-Anlagen auf diesen Gebäuden ist aber nach wie vor sehr hoch.

Interessierte Eigenheimbesitzer haben mit der Einführung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes EEG im Jahr 2000 eine attraktive Unterstützung erhalten.

Seit diesem Zeitpunkt haben sie das Recht, Solarstrom ins Netz einzuspeisen und erhalten für jede eingespeiste Kilowattstunde aus der Solaranlage eine feste Einspeisevergütung. Diese wird ihnen über einen Zeitraum von 20 Jahren gezahlt. Die Höhe der Einspeisevergütung ist im Laufe der Jahre deutlich gesunken. Heute beträgt sie unter 7 Cent pro kWh.

#Update Januar 2023: Seit Sommer 2022 und Einführung des EEG-Gesetzes 2023 gelten neue Regelungen, u. a. auch für die Einspeisevergütung.

Aufgrund der großen Nachfrage nach Solarenergie, Fortschritten in der Produktion und neuen Produktionskapazitäten sind die Kosten für Photovoltaikmodule deutlich gesunken. Alleine im Zeitraum zwischen 2010 und 2020 hat sich der Preis auf dem Weltmarkt um mehr als 90 Prozent reduziert.

Experten rechnen damit, dass die Kosten künftig noch weiter fallen werden. In Deutschland lagen 2021 die Stromgestehungskosten für kleine PV-Dachanlagen (unter 30 kWp Leistung) zwischen 6 und 11 Cent pro kWh.

Die Kosten für Strom aus einer neuen Solaranlage liegen inzwischen unter dem Preis für Strom aus dem öffentlichen Netz. In den letzten zehn Jahren sind die Strompreise in Deutschland deutlich angestiegen, der durchschnittliche Strompreis für Haushalte liegt im Januar 2023 bei über 46 Cent pro Kilowattstunde.

Daher lohnt sich für Eigenheimbesitzer der Eigenverbrauch des solaren Stroms  – je mehr Solarstrom Sie im Haushalt nutzen, um so mehr Geld können Sie sparen.

Daher lassen viele Haushalte einen Stromspeicher installieren, der es ihnen ermöglicht, nachts den durch ihre Anlage erzeugten Strom zu verbrauchen. Zusätzlich nutzen sie den Strom mit Hilfe einer Wärmepumpe für die Heizung oder laden ihr Elektrofahrzeug damit.

Solarenergie im Klimaschutz

Mit der Nutzung der Solarenergie leistet Deutschland einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz. Das gilt für Solarthermie und Photovoltaik. Jede Kilowattstunde Solarenergie vermeidet die gleiche Energiemenge fossiler Energien, die CO2-Emissionen ausstoßen.

Die Bundesregierung plant, bis 2030 mindestens 80 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien zu erzeugen – 2021 waren es bereits 45 Prozent. Bis dahin sollen Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung von 215 GW installiert sein – aktuell sind es 60 GW. 2035 möchte sie eine nahezu Treibhausgas neutrale Stromerzeugung erreicht haben.

Mit diesen Zielen soll Deutschland dazu beitragen, die globale Erwärmung auf 1,5 Grad zu begrenzen und die Abhängigkeit von Energieimporten zu verringern.

Fazit

Solarenergie ist eine unerschöpfliche Energiequelle. Wenn Sie in Ihrem Haus Solarenergie nutzen, sind Sie unabhängiger von der Energieversorgung, sparen Energiekosten und leisten einen wichtigen Beitrag für den Klimaschutz.