Solarwissen: Infos rund um Photovoltaik und Sonnenenergie

Die Sonne ist ein nahezu unerschöpflicher Energieträger, der zumindest theoretisch unsere Erde mit genügend Energie versorgen kann. Anders als bei konventionellen Quellen, muss für die Nutzung von Sonnenenergie kein Rohstoff abgebaut und transportiert werden. Auch lässt sich die Solarenergie nutzen, wo sie anfällt. Damit ist sie ein sehr umweltfreundlicher Energieträger.

Hinzu kommt: Der technische Aufwand zur energetischen Versorgung mit Sonnenenergie ist vergleichsweise gering. Hochspannungsleitungen, Umspannwerke, Wärmeleitungen und andere technische Einrichtungen werden nicht zwingend benötigt. Allerdings sind die meisten Verbraucher in ein überregionales Stromnetz oder das Versorgungsnetz eines Wärmedienstleisters eingebunden und das wird wohl auch in Zukunft so bleiben. Das ist selbst dann sinnvoll, wenn der Großteil des Energiebedarfs in unmittelbarer Nachbarschaft zum Verbraucher gewonnen wird, um so die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.

Sonnenenergie lässt sich prinzipiell auf zwei Arten nutzen, mittels Solarthermie und  mittels Photovoltaik. Die Solarthermie ist dabei das technisch weniger aufwändige Verfahren, Sonnenenergie in für uns nutzbare Energie – in diesem Fall Wärme – umzuwandeln. Schon seit langen wissen die Menschen, dass sich Flüssigkeiten unter direkter Sonneneinstrahlung erwärmen. Bis die effiziente Technik daraus entstanden ist, die wir heute für die heimische Wärmeerzeugung nutzen, ist allerdings noch einige Zeit vergangen.

Wärme und Strom aus Sonnenenergie

Im Vergleich zur Solarthermie ist die Photovoltaik, die Umwandlung von Sonnenenergie in Elektrizität, noch eine recht junge Technik, die erst mit der gezielten Herstellung von Halbleitern an praktischer Bedeutung gewann. Die aus diesen chemischen Verbindungen aufgebauten Solarzellen sind die „Kraftwerke“ eines Solarmoduls, in denen die Umwandlung der Strahlungsenergie der Sonne in elektrischen Strom stattfindet. In den ca. 30 Jahren ihrer breiteren Anwendung haben die Solarzellen einige Veränderungen erlebt. Waren aufgrund ihres Preises anfangs vor allem polykristalline Zellen auf Siliziumbasis im Einsatz auf den Dächern, werden diese langsam aber sicher von monokristallinen Zellen abgelöst. Der Vergleich zwischen polykristallinen und monokristallinen Zellen zeigt Vor- und Nachteile von beiden Varianten. Für den Siegeszug der monokristallinen Solarzellen in der Praxis ausschlaggebend ist aber vor allem die ansprechendere Optik und ihr höherer Wirkungsgrad.

Zunehmend an Bedeutung gewinnen neben den siliziumbasierten Varianten auch organische Solarzellen. Diese lassen sich auf Basis eines breiten Spektrums organischer Verbindungen für die verschiedenen Einsatzzwecke regelrecht maßschneidern. Noch sind die Wirkungsgrade nicht allzu gut oder die Produktionskosten recht hoch, es ist aber abzusehen, dass die organischen Solarzellen in Zukunft an Bedeutung gewinnen werden.

Solaranlagen – dazu zählen Solarthermie- und Photovoltaikanlagen – liefern immer dann Strom oder Wärme, wenn die Sonne scheint. Nachts oder bei bedecktem Himmel stellen sie keine oder bestenfalls eine geringe Energiemenge bereit. Diese „Volatilität“, das heißt Schwankung in der Versorgung, ist eines der größten praktischen Probleme bei der Nutzung der Sonnenenergie und bei erneuerbaren Energien im Allgemeinen. Ändern lässt sich das nicht, deshalb ist es absolut notwendig, Wege zu finden, Wind-, Wasser- oder Solarenergie zu speichern. Wie gut dies technisch gelingt und welche Kosten mit der Speicherung verbunden sind, entscheidet mit über das Gelingen der Energiewende.

Getragen werden muss diese Umstellung auf eine Versorgung mit regenerativen Energien von vielen Akteuren. Anders als bei den konventionellen Energieträgern können gerade über die Photovoltaik private Haushalte und Kleingewerbe ihren Teil beitragen. Die Investition in die Technik ist auch Dank staatlicher und anderer Förderungen zu leisten und die Kosten lassen sich in überschaubaren Zeiträumen refinanzieren. Hilfsmittel wie das Solarkataster und die Einstrahlungskarte des Deutschen Wetterdienstes helfen Interessenten, sich ein erstes Bild davon zu machen, ob sich die Installation in eine PV-Anlage für sie bezahlt macht und mit welcher Rendite sie rechnen können.

Die Erzeugung von Strom aus Wind- und Sonnenenergie ist nur bis zu einem bestimmten Punkt planbar. Während bei Flaute bzw. bei schlechtem Wetter und nachts, keine Energie erzeugt wird, kann es auch immer wieder vorkommen, dass mehr Strom zur Verfügung steht, als aktuell vom Betreiber der Anlage verbraucht werden kann. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz garantiert deshalb das Recht auf Einspeisung des Stroms ins öffentliche Netz. So kann der Strom an anderer Stelle sinnvoll genutzt werden und der Anlagenbetreiber hat in Form der Einspeisevergütung noch eine Einnahmequelle, die der Refinanzierung seiner Anlage dient. Die Allgemeinheit profitiert ihrerseits von der sauberen Energie. Eine Win-Win-Situation für beide Seiten. 

Der Bedarf an Strom, das ist seit langem absehbar, wird in Zukunft weiter wachsen. Daran ändert sich auch durch den Einsatz sparsamer Geräte nichts. Zum einen ist die Digitalisierung unseres Lebens ein wichtiger Treiber beim Stromverbrauch, zum anderen findet gerade eine Umstellung von Mobilität und Wärmeerzeugung auf elektrischen Strom statt. Stammt der aus regenerativen Quellen, ist das auch aus Sicht der Umwelt ein Gewinn, können wir doch in Zukunft auf die Stromerzeugung aus Kohle und Öl verzichten. Die Entscheidung für den Ausstieg aus der Atomenergie ist ja, zumindest in Deutschland, bereits gefallen, auch wenn sie in letzter Zeit immer wieder in Frage gestellt wird.

Die Umstellung der Stromerzeugung auf erneuerbare Energien ist eine langwierige und komplexe Aufgabe, zu der es jedoch keine Alternative gibt, wollen wir den nächsten Generationen einen bewohnbaren und lebenswerten Planeten hinterlassen. Solarstrom vom eigenen Dach ist ein sinnvoller und gangbarer Weg, den eigenen Energiebedarf umweltfreundlich zu decken. Mittlerweile gibt es Wege, wie sich auch die Verbraucher an der Energiewende beteiligen können, die kein Eigenheim besitzen. Wer sich für Ökostrom entscheidet, der sollte sich aber nicht allein auf die Angaben der Anbieter verlassen, Es lohnt sich die Angebote genauer zu untersuchen, denn immer wieder finden sich dabei Mogelpackungen. Profitieren von umweltfreundlichem Strom können Mieter auch beim Mieterstrom, wenn die Hauseigentümer eine PV-Anlage errichten und den dort erzeugten Strom an ihre Mieter weitergeben. In der Regel sparen diese dadurch beim Strompreis. 

"Saubere" Lösungen für die Energiewende gibt es viele. Es ist nun an uns als Gesellschaft, diese in die Realität umzusetzen. Eins ist sicher: In Sachen Klima- und Umweltfreundlichkeit sind die erneuerbaren Energieträger gegenüber den fossilen Brennstoffen deutlich im Vorteil. Doch gilt das auch für die Anlagen, mit denen die Energie gewonnen wird? Eine Frage, die zu klären ist, schließlich muss die Gesamtbilanz stimmen, wenn wir den Klimawandel verlangsamen und letztendlich stoppen wollen. Der ökologische Fußabdruck ist eine Größe, mit der sich Aussagen auf die Auswirkung einer Technologie zur Stromerzeugung treffen lassen. Dabei geht es nicht nur darum, die CO₂-Emissionen während des Betriebs abzuschätzen, sondern auch die während Herstellung und Entsorgung sowie den Abbau von Rohstoffen, die eingesetzte Energie bei der Herstellung und weitere Faktoren in die Betrachtung einzubeziehen. Nur wenn die Technik entlang des gesamten Lebenszyklus dazu führt, CO₂ einzusparen und auch sonst Ressourcen schont, ist sie tauglich für die Energieversorgung der Zukunft.