Verein zur F�rderung der Nutzung von Geothermie und weiteren Innovativen Engergieformen e.V.

Solar/Sonnenenergie

Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, die in Teilen als elektromagnetische Strahlung (Strahlungsenergie) zur Erde gelangt. Die Sonnenenergie ist über Hunderte von Jahren annähernd konstant. Die Intensität der Sonneneinstrahlung beträgt an der Grenze der Atmosphäre etwa 1,367 kW/m²; dieser Wert wird auch als Solarkonstante bezeichnet. Ein Teil der eingestrahlten Energie wird von den Bestandteilen der Atmosphäre absorbiert und in Wärme umgewandelt. Ein weiterer Teil entkommt durch die Emission eines Teils der absorbierten Energie in Richtung Weltall der Erde und zuletzt führt die Reflexion an Schwebeteilchen wie Eiskristallen und Staub in der Luft zu einer weiteren Verringerung der aufgenommenen Energie. Die Größe dieser Verluste hängt vom Zustand der Atmosphäre ab. Dabei spielen die Luftfeuchtigkeit, die Bewölkung und die Länge des Weges, den die Strahlen durch die Atmosphäre nehmen müssen, eine Rolle. Die auf die Erdoberfläche auftreffende Strahlung beträgt auf eine senkrecht dazu stehende Fläche noch ungefähr 1 kW/m². Auf schräg zur einfallenden Strahlung aufgestellte Flächen trifft weniger Strahlung auf.

Im 19. Jahrhundert nahm man an, die Sonne bestünde aus Kohle und würde diese verbrennen; allerdings könnte die Sonne unter Annahme dieser Theorie nur für etwa 6.000 Jahre leuchten.

Nutzung der Sonnenenergie

Die Photosynthese der Pflanzen ist die auf der Erde am weitesten verbreitete Nutzung der Sonnenenergie. Alle Tiere leben entweder direkt (Pflanzenfresser) oder indirekt (Fleischfresser) von der Sonnenenergie. Auch für den Menschen ist sie eine Grundlage des Lebens.

Die Solartechnik beschäftigt sich mit der Nutzung der Sonnenenergie. Sie wird mit Hilfe der Fotovoltaik in elektrische Energie (Solarstrom) umgewandelt oder die Infrarot-Strahlung wird als thermische Energie über Solarthermie-Anlagen eingefangen und genutzt. Die Wandlung in thermische Energie durch sogenannte Sonnenkollektoren ist die weltweit meistverbreitete technische Nutzung der Sonnenenergie. Der direkten Wandlung der Strahlung in Wärme bedienen sich auch Solaröfen und Solarkocher. Großtechnisch kann die so gewonnene Wärme in Sonnenwärmekraftwerken zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden.

Die Sonnenenergie zählt zu den regenerativen Energien, ihre Nutzung wird in vielen Ländern gefördert, in Deutschland beispielsweise durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG).

Faktisch lassen sich auch die Windenergie, die Energie des Wassers, Biomasse und biogene Gase als Formen der Solarenergie bezeichnen, da sie durch natürliche physikalische oder biologische Prozesse umgewandelte Sonnenenergie nutzen.


Speicherung der Sonnenenergie

Die solare Einstrahlung ist eine unstete Größe. Tag und Nacht, natürliche Bewölkung sowie Kondensstreifen, Abdämpfe und auch Schwebeteilchen in der Luft beeinflussen die lokale Bestrahlungsstärke. Um die notwendige Energieversorgungssicherheit zu gewährleisten, sind deshalb beim Betrieb solarer Kraftwerke immer Zusatzmaßnahmen notwendig.

Das vorhandene Stromnetz kann zum Ausgleich lokaler Schwankungen dienen. Elektrizitätswerke aus anderen Bereichen der regenerativen Energien, beispielsweise Wasserkraftwerke, Windenergieanlagen oder Geothermiekraftwerke können solare Elektrizitätswerke ergänzen. Um kurzfristige Leistungseinbrüche ausgleichen zu können (z.B. wegen schlechten Wetters) sind steuerbare und vor allem dynamische Kraftwerke notwendig. Dieses Kriterium erfüllen beispielsweise Gasturbinenkraftwerke im Gegensatz zu Atomkraftwerken oder Kohlekraftwerken, die nur extrem träge reagieren können.

Eine andere Möglichkeit ist die Energiespeicherung, so dass Schwankungen aus diesen Speichern ausgeglichen werden können. Verschiedene Ansätze dazu sind möglich, bei kleinen Anlagen sowie Inselanlagen werden häufig Solarbatterien eingesetzt. Hierbei handelt es sich um einen chemischen Energiespeicher. Auch Speicherung in großtechnischen chemischen Speichern ist möglich, zur Zeit erzielte Wirkungsgrade für die daraus wieder verwendbare Energie liegen bei etwa 50 Prozent. Solarthermisch erzeugte Wärme kann bevorzugt im Sommer in geothermische saisonale Speicher eingebracht und im Winter genutzt werden. Ein anderes Verfahren ist die Umwandlung metallischer Stoffe, beispielsweise das Solzinc-Verfahren. Ein weiteres mögliches Verfahren ist die Wandlung der elektrischen Energie in Rotationsenergie (Schwungrad), wie sie beispielsweise im Straßenbahndepot der Intalliance AG in Hannover-Leinhausen realisiert wurde.

Für die (kurzfristige) Stromspeicherung (nicht nur von Solarenergie) kommen auch Wasserspeicherkraftwerke in Frage. Einige Wasserkraftwerke (wie z.B. das Walchenseekraftwerk) sind sogenannte Spitzenlastkraftwerke, das bedeutet, dass sie in innerhalb von Minuten ihre Leistung dem Bedarf anpassen können. Wenn wenig Bedarf vorhanden ist, verbleibt das Wasser einfach im Wasserspeicher und staut sich. Es gibt auch Kraftwerke, in denen die Turbinen überschüssige Energie dazu verwenden können, Wasser in das höherliegende Reservoir zu pumpen und so Strom als Höhenenergie für späteren Abruf zu speichern.

Eine weitere denkbare Methode der Stromspeicherung ist chemisch durch Elektrolyse von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, wobei der Wasserstoff zu Methanol weiterverarbeitet werden kann. Der Wasserstoff bzw. das Methanol kann dann in Tanks gespeichert (oder transportiert) werden und in einer Brennstoffzelle wieder in elektrische Energie zurückverwandelt werden. Dies ist auch dezentral möglich.

In Solarthermischen Kraftwerken wird durch Spiegel konzentrierte Sonnenenergie genutzt, um Dampfturbinen anzutreiben. Wärmespeicher (z.B. Flüssigsalztanks) können einen Teil der am Tage gewonnenen Wärme mit geringen Verlusten aufnehmen und die Dampfturbine nachts antreiben.


Potenzial der Sonnenenergie

Als die größte Energiequelle liefert die Sonne pro Jahr eine Energiemenge von etwa 3,9 · 1024 J, das entspricht 1,08 · 1018 kWh, auf die Erdoberfläche. Diese Energiemenge entspricht etwa dem 10.000fachen des Weltprimärenergiebedarfs.

Die Zusammensetzung des Sonnenspektrums, die Sonnenscheindauer und der Winkel, unter dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche fallen sind abhängig von Uhrzeit, Jahreszeit und Breitengrad. Damit unterscheidet sich auch die eingestrahlte Energie. Diese beträgt beispielsweise etwa 1.000 kWh pro Quadratmeter und Jahr in Mitteleuropa und etwa 2.350 kWh pro Quadratmeter und Jahr in der Sahara. Es gibt verschiedene Szenarien, wie eine regenerative Energieversorgung der EU realisiert werden kann, unter anderem auch mittels Energiewandlung in Nordafrika und Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung. So ergaben zum Beispiel satellitengestütze Studien des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), dass mit weniger als 0,3 Prozent der verfügbaren Wüstengebiete in Nord-Afrika und im Nahen Osten durch Thermische Solarkraftwerke genügend Energie und Wasser für den steigenden Bedarf dieser Länder sowie für Europa erzeugt werden kann. TREC, ein internationales Netzwerk von Wissenschaftlern, Politikern und Experten auf den Gebieten der erneuerbaren Energien und deren Erschließung, setzt sich für eine solche kooperative Nutzung der Solarenergie ein.

Quellen
Zeit: Zu schnell, zu groß
Bürgerinitiative Vorsicht Hochspannung
Amory B. Lovins: Sanfte Energie. Für einen dauerhaften Frieden, Reinbek 1983, zitiert nach Scheunemann, 1995
Egbert Scheunemann: Ökologisch-humane Wirtschaftsdemokratie, Teil C: Ökologische Kritik am Industrialismus und sozialökologische Alternativen. LIT, Münster 1995, ISBN 3-8258-2612-0

Christian Kuhtz, Georg Böhmeke: Aus der Reihe: Einfälle statt Abfälle, Einfache Nutzung der Sonnenwärme. 12 Bauanleitungen für viele Zwecke. Ausführliche Anleitung für gute, billige Warmwasser-Anlagen. Mit grossem Basteltrick-Verzeichnis, Selbstverlag "Einfälle statt Abfälle", Erweiterte Neuauflage 2003, ISBN 3-924038-57-0