Solartechnik – So können Sie die Energie der Sonne nutzen

Solartechnik umfasst alle Technologien, die die Energie der Sonne nutzen, sei es durch Photovoltaik oder Solarthermie. Die Sonne stellt der Erde weit mehr Energie zur Verfügung als zur Versorgung der menschlichen Zivilisation benötigt wird. Solartechnik hat daher ein großes Potenzial.

Photovoltaik wandelt Sonnenlicht direkt in Elektrizität um. Solarthermie wandelt die Energie der Sonne in Wärme um.

Photovoltaikanlagen finden sich auf Hausdächern, Freiflächen und sogar im Weltraum zur Stromversorgung von Satelliten.

Solarthermie wird häufig für die Warmwasserbereitung und Raumheizung mit Flachkollektoren eingesetzt. Große Solarkraftwerke nutzen Parabolrinnenkollektoren.

Die Investition in Solartechnik rechnet sich langfristig, auch wenn die Anfangskosten hoch sind. Mit sinkenden Kosten wird dieser Markt weiterwachsen.

Was ist Solartechnik?

Solartechnik bezeichnet alle Technologien, die die Energie der Sonne nutzen, um diese in Elektrizität oder Wärme umzuwandeln. Im Wesentlichen gibt es zwei Arten von Solartechnik:

• Photovoltaik (PV): Bei der Photovoltaik werden Solarzellen genutzt, um das Sonnenlicht direkt in Elektrizität umzuwandeln. Photovoltaik-Module bestehen aus vielen kleinen Solarzellen, die gemeinsam Strom erzeugen. Dieser Solarstrom kann direkt vor Ort genutzt oder in das Stromnetz eingespeist werden.

• Solarthermie: Bei der Solarthermie wird die Wärmeenergie der Sonne genutzt, um beispielsweise Wasser oder Gebäude zu erwärmen. Mithilfe von Solarthermie-Kollektoren wird die Wärme des Sonnenlichts auf ein Medium wie Wasser übertragen und als Nutzwärme verwendet oder gespeichert.

Die Sonne stellt enorme Energiemengen bereit, die bei weitem den gesamten Energiebedarf der Menschheit übersteigen. Solartechnik hat daher großes Potenzial, einen bedeutenden Anteil am Energiemix der Zukunft auszumachen.

Photovoltaik

Photovoltaikanlagen, auch Solaranlagen genannt, wandeln Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um. Sie bestehen aus Solarzellen, die aus Halbleitermaterialien wie Silizium hergestellt werden. Wenn Licht auf eine Solarzelle fällt, werden Elektronen aus dem Halbleitermaterial gelöst. Dadurch entsteht eine Spannung zwischen der Ober- und Unterseite der Zelle. Verbindet man die Zellen elektrisch in Reihe, ergibt sich eine nutzbare Gleichspannung.

Mehrere Solarzellen werden zu Solarmodulen zusammengefasst. Eine durchschnittliche Solaranlage auf einem Einfamilienhaus besteht aus 15 bis 20 Solarmodulen. Die Module wandeln das Sonnenlicht in Gleichstrom um, der über einen Wechselrichter in haushaltsüblichen Wechselstrom gewandelt wird. So kann der Solarstrom direkt genutzt oder ins Stromnetz eingespeist werden.

Die Solarzellen nutzen den photovoltaischen Effekt, bei dem Photonen des Lichts Elektronen im Halbleitermaterial anregen und dadurch elektrischen Strom erzeugen. Die Effizienz der Umwandlung liegt aktuell bei durchschnittlich 15-20%. Die Solarmodule liefern also nicht die theoretisch maximale Leistung, sondern nur einen Teil davon als Nutzenergie. Die Technologie wird aber beständig weiterentwickelt, um den Wirkungsgrad zu erhöhen.

Solarthermie – Umwandlung von Sonnenlicht in Wärme

Solarthermie bezeichnet die Nutzung von Sonnenenergie zur Erzeugung von Wärme. Mithilfe von Solarthermie-Kollektoren wird die Strahlungsenergie der Sonne in Wärmeenergie umgewandelt.

Die Kollektoren bestehen in der Regel aus dunklen Absorbern, die die Sonnenstrahlung aufsaugen und erwärmen. In Rohren oder Kanälen hinter den Absorbern zirkuliert ein Wärmeträgermedium wie Thermalöl, das die Wärme aufnimmt und weiterleitet. Oftmals werden die Kollektoren auf dem Dach montiert und die gewonnene Wärme wird zur Warmwasserbereitung, Heizungsunterstützung oder Poolheizung genutzt.

Es gibt zwei gängige Bauarten von solaren Kollektoren:

• Flachkollektoren: Hier liegt der Absorber flach unter einer Glasabdeckung. Sie kommen am häufigsten zum Einsatz.

• Röhrenkollektoren: Mehrere in Reihe angeordnete evakuierte Glasröhren enthalten den Absorber. Sie erreichen höhere Temperaturen.

Große solarthermische Kraftwerke nutzen Parabolrinnen-Kollektoren. Hier spiegelt eine parabelförmige Fläche das Sonnenlicht auf ein im Brennpunkt verlaufendes Absorberrohr.

Die Solarthermie ist eine einfache und effiziente Möglichkeit, kostenlose Solarenergie in Wärme umzuwandeln. Mit den richtigen Kollektoren lassen sich so Wasser, Gebäude und Schwimmbäder mit Sonnenwärme versorgen.

Anwendungen

Solartechnik kommt in vielfältiger Weise zum Einsatz. Eine der häufigsten Anwendungen ist die Installation von Photovoltaik-Modulen auf Hausdächern, um den eigenen Strombedarf direkt vor Ort zu decken. Auch auf Freiflächen wie Feldern oder Brachland werden große Solarparks errichtet. Die gewonnene Solarenergie wird direkt ins Stromnetz eingespeist. Selbst im Weltall kommen Solarkollektoren zum Einsatz. Satelliten und Raumsonden werden mit Solarmodulen ausgestattet, um den nötigen Strom für die Bordelektronik zu erzeugen.

Die Vorteile der Solarenergie sind dabei klar: Die Sonneneinstrahlung erfolgt gratis und unerschöpflich. Nach der Installation fallen kaum Wartungskosten an. PV-Anlagen auf Dächern ermöglichen eine dezentrale und verbrauchsnahe Stromerzeugung. Große Solarkraftwerke können erneuerbare Energie in großen Mengen bereitstellen. Und im Weltraum ist Solarenergie dank ständiger Einstrahlung die ideale Stromquelle.

Solarthermische Anlagen

Solarthermische Anlagen nutzen die Wärme der Sonne, um Wasser oder andere Flüssigkeiten zu erhitzen. Sie bestehen in der Regel aus Solarthermiekollektoren und einem Wärmespeicher.

Die häufigsten Typen von Solarthermiekollektoren sind:

• Flachkollektoren: Dies sind die gängigsten Solarthermiekollektoren. Sie bestehen aus einer dunklen Absorberplatte mit darauf befestigten Rohren, die von einer wärmeisolierenden Hülle umschlossen ist. Das Wasser fließt durch die Rohre und wird von der Platte erwärmt. Flachkollektoren werden z.B. für die solare Warmwasserbereitung auf Hausdächern eingesetzt.

• Vakuumröhrenkollektoren: Sie sind effizienter als Flachkollektoren, da die Absorberröhren in einem Vakuum eingeschlossen sind, was Wärmeverluste minimiert. Allerdings sind sie auch teurer.

• Parabolrinnenkollektoren: Bei diesen Kollektoren bündelt ein parabolisch geformter Spiegel das Sonnenlicht auf ein Absorberrohr in der Brennlinie. Die Temperaturen können so sehr hoch werden. Parabolrinnenkollektoren kommen vor allem in solarthermischen Kraftwerken zum Einsatz.

Parabolrinnenkraftwerke bestehen aus vielen Parabolrinnenkollektoren, die auf einer Achse dem Sonnenstand nachgeführt werden. Das erhitzte Medium treibt dann z.B. eine Dampfturbine an und erzeugt so Strom. Solche Kraftwerke können große Mengen an erneuerbarer Solarenergie bereitstellen. In sonnenreichen Gegenden wie Südeuropa, Nordafrika oder dem Nahen Osten sind Parabolrinnenkraftwerke eine wichtige Technologie für die Energiewende.

Vorteile

Solartechnik bietet viele Vorteile, die ihren Einsatz attraktiv machen. Der größte Vorteil ist die Kosteneinsparung. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen ist die Energie der Sonne kostenlos. Wenn einmal die Solaranlage installiert ist, fallen praktisch keine weiteren Brennstoffkosten mehr an. Man produziert den eigenen Strom oder die eigene Wärme. Das bedeutet eine hohe Planungssicherheit bei den Energiekosten.

Ein weiterer großer Vorteil ist die Nachhaltigkeit. Solartechnik nutzt eine erneuerbare Energiequelle, die unendlich verfügbar ist. Im Gegensatz zu Kohle- und Gas muss keine endliche Ressource verbraucht werden. Zudem entstehen bei der Energiegewinnung keine Treibhausgase oder andere Schadstoffe. Solartechnik ist damit eine der umweltfreundlichsten Energiequellen.

Durch den dezentralen Charakter der Technik werden zudem Übertragungsverluste vermieden. Kleinere PV-Anlagen können direkt vor Ort den Strom erzeugen, der auch verbraucht wird.

Herausforderungen für die Solartechnik

Die Solartechnik hat trotz ihrer Vorteile auch einige Herausforderungen zu überwinden.

Hohe Investitionskosten

Die Anschaffungskosten für Solartechnik sind immer noch relativ hoch. Sowohl Photovoltaik- als auch Solarthermie-Anlagen erfordern hohe Investitionen beim Kauf und bei der Installation. Das schreckt viele potenzielle Kunden ab. Allerdings sinken die Kosten kontinuierlich, sodass sich die Investition langfristig durch die Einsparungen bei den Energiekosten amortisiert.

Wetterabhängigkeit

Ein Nachteil der Solartechnik ist ihre Abhängigkeit von den Wetterbedingungen. Bei bewölktem Himmel oder in der Nacht wird weniger Energie produziert. Deshalb ist es wichtig, Solaranlagen mit Speichersystemen oder dem Stromnetz zu kombinieren, um die Energieversorgung rund um die Uhr zu gewährleisten. Auch der Standort und die Ausrichtung der Anlage sind entscheidend für den Ertrag.

Speicherung

Die Intermittenz, also die wetterabhängige Verfügbarkeit der Sonneneinstrahlung, stellt eine zentrale Herausforderung für die Solartechnik dar. Um dieses Problem zu bewältigen, sind Speichermöglichkeiten für den Solarstrom von entscheidender Bedeutung.

Vor allem für Photovoltaikanlagen in Privathaushalten haben sich in den letzten Jahren Batteriespeicher als praktikable Lösung durchgesetzt. Diese Speicher speichern tagsüber den überschüssig produzierten Solarstrom und geben ihn bei Bedarf, etwa abends und nachts, wieder ab. Somit kann der Haushalt den selbsterzeugten Solarstrom auch zu Zeiten ohne Sonneneinstrahlung nutzen.

Die Kosten für solche Batteriespeicher sind in den letzten Jahren deutlich gesunken. Moderne Lithium-Ionen-Batterien bieten eine hohe Energiedichte und Effizienz. Sie ermöglichen eine solarautarke Stromversorgung des Hauses und senken so die Abhängigkeit vom öffentlichen Netz. Mit einem Batteriespeicher wird die Photovoltaikanlage damit noch rentabler.

Wachstum der Solartechnik

Die Solartechnik hat ein enormes Zukunftspotenzial. Die Kosten für Solaranlagen sind in den letzten Jahren bereits deutlich gesunken, aber es ist noch viel Luft nach oben. Experten gehen davon aus, dass die Kosten für Solarstrom bis 2050 um weitere 50-80% sinken werden.

Dadurch wird Solarenergie wettbewerbsfähiger und attraktiver. Schon jetzt ist Solarenergie in sonnenreichen Ländern die günstigste Form der Stromerzeugung. Mit weiteren Kostensenkungen wird die Solarenergie eine immer größere Rolle in der weltweiten Stromversorgung spielen.

Deutschland will bis 2030 einen Anteil von 65% erneuerbarer Energien bei der Stromerzeugung erreichen. Ein Großteil davon soll Solarenergie liefern. Der Ausbau von Solaranlagen auf Dächern, Freiflächen und an Fassaden wird daher in den kommenden Jahren enorm zunehmen.

Auch weltweit investieren immer mehr Länder in Solarenergie. Die Solarenergie hat das Potential, einen erheblichen Teil des globalen Energiebedarfs klimafreundlich zu decken. Ihre Zukunft ist sonnig. Mit immer günstigeren Preisen und besseren Speichermöglichkeiten wird die Solarenergie weiter an Bedeutung gewinnen.

Fazit

Solartechnik hat großes Potenzial, einen bedeutenden Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung zu leisten. Die Sonnenenergie ist praktisch unbegrenzt verfügbar und Solartechnik nutzt diese kostenlose Ressource, um Strom und Wärme zu erzeugen.

Obwohl die Anschaffungskosten für Solaranlagen hoch sind, rechnet sich die Investition langfristig durch niedrigere Energiekosten. Außerdem fallen die Kosten für Solartechnik kontinuierlich, so dass sie zunehmend wettbewerbsfähig wird.

Mit Fortschritten bei der Speicherung kann das Problem der Intermittenz, also des schwankenden Energieangebots, gelöst werden. Schon jetzt werden Photovoltaikanlagen häufig mit Batterien kombiniert.

Angesichts des steigenden Strombedarfs und der Notwendigkeit der Dekarbonisierung wird der Ausbau der Solarenergie weiter voranschreiten. Solartechnik ist ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu einer nachhaltigen Energiezukunft.

Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie?

Photovoltaik und Solarthermie sind die zwei Hauptarten von Solartechnologien, die die Energie der Sonne nutzen. Der Hauptunterschied ist, dass Photovoltaik Sonnenlicht direkt in Elektrizität umwandelt, während Solarthermie die Energie der Sonne in Wärme umwandelt.

Bei der Photovoltaik werden Solarzellen verwendet, die aus Halbleitermaterialien wie Silizium bestehen. Wenn Sonnenstrahlung auf die Solarzellen trifft, werden Elektronen angeregt und es fließt Gleichstrom. Dieser Gleichstrom kann entweder direkt genutzt oder über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden.

Solarthermie-Systeme nutzen Kollektoren, um die Wärme der Sonnenstrahlung aufzufangen und zu konzentrieren. Häufig werden Flachkollektoren auf Dächern verwendet, um Wasser oder Raumwärme bereitzustellen. Bei großen solarthermischen Kraftwerken kommen Parabolrinnenkollektoren zum Einsatz.

Der Hauptvorteil der Photovoltaik ist die direkte Erzeugung von Elektrizität. Allerdings ist die Effizienz noch relativ gering. Solarthermie hat den Vorteil, bereits bei niedrigeren Temperaturen effizient Wärme bereitstellen zu können. Beide Technologien sind wichtig, um die Sonnenenergie optimal zu nutzen.

Häufige Fragen

Technologien

• Was ist der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie?

  Photovoltaik wandelt Sonnenlicht direkt in Elektrizität um. Solarthermie nutzt die Wärme der Sonne, um Wasser oder andere Flüssigkeiten zu erhitzen. Photovoltaik erzeugt Strom, während Solarthermie Wärme erzeugt.

• Was sind die Haupttypen von Solartechnologien?

  Die zwei Hauptkategorien sind Photovoltaik (PV) und Solarthermie. Bei der Photovoltaik sind die gebräuchlichsten Technologien kristalline Silizium-Solarzellen und Dünnschichtsolarzellen. Bei der Solarthermie werden häufig Flachkollektoren sowie Parabolrinnen-Kraftwerke eingesetzt.

Investitionen

• Warum ist Solar trotz der anfänglichen Kosten eine gute Investition?

  Obwohl die Installation einer Solaranlage zunächst teuer ist, rentiert sie sich langfristig, da die Energie der Sonne kostenlos ist. Über die Lebensdauer der Anlage gesehen ist Solar kostengünstiger als Strom aus dem Netz. Zudem fallen bei Solar nach der Installation kaum Wartungskosten an.

Intermittenz

• Wie kann die Intermittenz von Solarstrom überwunden werden?

  Um die zeitweise Verfügbarkeit von Solarstrom auszugleichen, können Batteriespeicher eingesetzt werden, die überschüssigen Strom zwischenspeichern. Außerdem hilft der Anschluss an ein Stromnetz, da so Strom bezogen oder abgegeben werden kann. Schließlich kann Solarthermie zur Wärmespeicherung beitragen.

Schlussfolgerung

Die Sonne stellt eine unerschöpfliche Energiequelle dar, die kostenlos und unbegrenzt zur Verfügung steht. Solartechnik, die diese Energie nutzbar macht, wird daher eine immer wichtigere Rolle bei der nachhaltigen Energieversorgung der Menschheit spielen.

Sowohl Photovoltaik als auch Solarthermie haben das Potential, einen großen Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen und zur Eindämmung des Klimawandels zu leisten. Je weiter die Kosten für Solarenergie sinken, desto wettbewerbsfähiger wird sie im Vergleich zu fossilen Brennstoffen.

Deutschland verfügt über gute Voraussetzungen, um von der zunehmenden Verbreitung von Solartechnik zu profitieren. Durch kluge Förderung und Rahmenbedingungen kann die Solarenergie einen immer größeren Anteil an der Stromerzeugung ausmachen und fossile Brennstoffe ersetzen.

Für Hausbesitzer und Unternehmen ist die Investition in eine Solaranlage eine zukunftssichere Entscheidung, die sich langfristig auszahlt. Mit Solartechnik lässt sich die Energieversorgung nachhaltig, klimafreundlich und kostengünstig gestalten.