Solare Energie – die Sonne als unendliche Energiequelle

Die Sonne strahlt das ganze Jahr mit so einer Intensität auf unsere Erde, dass damit der weltweite Energieverbrauch 15.000 Mal gedeckt werden könnte. 15.000 Mal – da steckt Potential dahinter.

Während herkömmliche Energieträger wie Kohle, Erdgas und Erdöl in absehbarer Zeit ausgeschöpft sind, stellt die Sonne eine schier unendliche Energiequelle dar. Die Ressourcenknappheit führt seit einigen Jahren zu einem Umdenken im konservativen Umfeld der Energieversorgung. So zeigt auch nachstehende Grafik, dass die Nutzung traditioneller Ressourcen nahezu stagniert oder sogar fällt, während erneuerbare Energien immer interessanter werden.

Primärenergieverbrauch Deutschland nach verschiedenen Energieträgern
Quelle: AGEB 2018, BMU 2013

Ein Großteil der erneuerbaren Energien basiert auf der Nutzung der Sonne. Doch worin genau besteht das Potential der Sonnenenergie eigentlich? Während die Sonne indirekt auch als Treiber für Wasserkraft, Windkraft oder auch Biomasse gilt, konzentrieren wir uns im Folgenden auf die direkte Nutzung der Solarstrahlung auf unsere Erde. Diese beträgt in Äquatornähe bis zu 2500 kWh pro Quadratmeter und Jahr. Die Herausforderung besteht nun darin, diese hochkonzentrierte Energiemenge nutzbar zu machen.

Unterscheidung Solarthermie und Photovoltaik

Solaranlage, Photovoltaikanlage, Solarzelle, Sonnenkollektor. In unserem täglichen Sprachgebrauch finden diese Begriffe, vor allem durch das steigende Interesse der Gesellschaft an erneuerbaren Energien, häufig Zugang. Viele von uns wissen jedoch gar nicht so recht, was sie eigentlich unterscheidet. Da die Begrifflichkeiten umgangssprachlich also oft vermischt werden, soll der folgende Abschnitt Klarheit im Gewirr der energetischen Nutzung der Sonne schaffen.

Grundsätzlich unterscheiden wir in der Umwandlung Solarer Energie zwei Prinzipien: Solarthermie und Photovoltaik.

Das Grundprinzip hinter der Solarthermie ist die Nutzung der Wärmeenergie der Sonne. Hierbei wird die Solarstrahlung durch Sonnenkollektoren gebündelt und in Wärme umgewandelt. Diese Wärme kann anschließend eben als solche genutzt, oder aber in einem angeschlossenem Kreisprozess in Strom umgewandelt werden. Es wird also wiederum zwischen solarer Wärmeerzeugung und solarthermischer Stromerzeugung unterschieden.

Anders als die Solarthermie nutzt ein Photovoltaik (PV) System nicht die Wärmeenergie, sondern die Lichtenergie der Sonne.  Hier besteht ein PV Modul aus einem Halbleitermaterial, das zur Stromquelle wird, sobald solare Strahlung auf die Zelle fällt. Anders als bei ihrem Gegenspieler, der Solarthermie, wandelt Photovoltaik die Strahlungsenergie also direkt in elektrische Energie um.

Kombination aus beiden Systemen – Hybridkollektor

Während für die Kollektoren der Solarthermie die Wärme der Schlüssel zum Erfolg ist, ist sie für die PV Anlage eher eine unangenehme Nebenerscheinung. Denn höhere Temperaturen führen bei den empfindlichen PV Modulen zu niedrigerer Leistung – einfacher gesagt: Solarzellen mögen keine Hitze. Während also die eine Technologie ihre Energie aus der Wärme zieht, verwendet die andere sogar Kühlsysteme, um sie zu verhindern. Nun dachten sich einige schlaue Köpfe (in etwa) folgendes: Wenn das eine System die Hitze nicht will, und das andere System sie braucht, warum kombinieren wir die beiden dann nicht einfach und optimieren somit beide Systeme? So einfach wie genial – nicht nur die Kombination, sondern auch deren Namen, die Photothermie oder auch Thermovoltaik lauten.

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