Die Solarenergie gehört seit Jahren zu den meist diskutierten regenerativen Energieformen. Und auch wenn die Entwicklung der Nutzung dieser Energieform schon weit vorangeschritten ist, bietet sie noch viel Potenzial.
Am Anfang steht die Frage: Wie und wo kann man die Wärme, welche die Sonne täglich auf die Erde strahlt (165 Watt pro Quadratmeter im Jahr im Durchschnitt), am besten in Strom umwandeln? Zunächst ist die Beantwortung der Frage stark standortabhängig. Wo kann wirtschaftlich und sinnvoll mit Solarenergie gearbeitet werden? Während in Mittel- und Nordeuropa die Strahlung unter dem Durchschnitt liegt, steigt sie Richtung Süden immer weiter an. In Südeuropa wird der Durchschnittswert bereits übertroffen, in Afrika liegt er weit darüber. Mit dieser Menge lässt sich fünftausendmal mehr Energie erzeugen, als der Mensch benötigt. Unterschieden wird zwischen direkter Nutzung der Sonnenstrahlen über Solarzellen und indirekter thermischer Nutzung.
Stromerzeugung durch Solarzellen
Mittlerweile gehören Photovoltaikanlagen zum Alltagsbild in Deutschland. Diese Anlagen bestehen aus mehreren zusammengesetzten Solarzellen, Solarmodule genannt. Das einfallende Sonnenlicht wird von der Anlage absorbiert. Teile der so entstehenden Elektronen wandern nach unten, wo eine Spannung entsteht und schlussendlich Strom erzeugt wird. Der andere Teil geht als Wärme verloren. Vor der Netzeinspeisung muss dieser Gleichstrom noch in Wechselstrom umgewandelt werden. Andere Formen der Photovoltaikanlage speisen den erzeugten Strom nicht direkt ein, sondern nutzen einen Stromspeicher bzw. leiten ihn direkt zum Verbraucher weiter.
Die Sonnenenergie ist hinter Windkraft und Biomasse die drittgrößte regenerative Energieform. Spitzenreiter nach Bundesländern sind Bayern und Baden-Württemberg, je weiter nördlich man geht, desto weniger Solarstrom wird erzeugt.
Gerade in Deutschland werden solche Anlagen hauptsächlich in kleineren Formen errichtet, da sie meist privat und auf kleinen Flächen installiert werden (Nebeneffekt: kleinere Kraftwerke haben einen höheren Wirkungsgrad!). Aufgrund der vergleichsweise geringen nutzbaren Fläche und Sonneneinstrahlung ist das Potenzial der Photovoltaik jedoch begrenzt. In Australien, Kalifornien oder Afrika beispielsweise können solche Anlagen erstens in größerem Ausmaß gebaut werden und liefern zweitens dort mehr und konstant Strom, wodurch sich die Amortisationszeit verringert.
Thermische Solarkraftwerke
Bei sogenannten Sonnenwärmekraftwerken wird nicht die direkte Einstrahlung der Sonne genutzt, sondern die damit verbundene Wärme. Die Anlagen werden noch einmal in zwei Arten unterteilt: Zum einen gibt es Methoden, um die Sonnenstrahlen zu bündeln, zum anderen wird die Strahlungswärme direkt genutzt. Bei der ersten Anwendung werden sehr hohe Temperaturen erreicht.
Direkte Nutzung der Wärme
Solarwärmekraftwerke ohne Strahlenbündelung sind im Gegensatz zu den Bündelungsanlagen noch relativ unausgereift und haben schlechte Wirkungsgrade. Am weitesten fortgeschritten dürfte die Forschung bei Aufwindkraftwerken sein. Hier wird der thermische Aufwind der von der Sonne erhitzten warmen Luft genutzt. Solch ein Kraftwerk besteht aus einem großen Turm, vorzugsweise aus Glas, um die Wärme und das Licht durchzulassen. Nun scheint die Sonne hinein, die warme Luft strömt nach oben und treibt Turbinen an, die Strom erzeugen. Aufwindkraftwerke sind weitaus mehr als die anderen Solarkraftwerke vom Standort abhängig. Der Platzverbrauch ist aufgrund des großen Radius und der Bauhöhe enorm, in Hinblick auf das Wetter (Wärme, Sonnenstrahlung und -intensität, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck) kommen nur wenige Gebiete infrage.
Kraftwerke mit Bündelung: Parabolrinnenkraftwerke
Diese Form des Solarkraftwerks ist bereits im Einsatz und dürfte in Zukunft noch mehr zur Energieerzeugung beitragen. In Form von Parabolrinnenkraftwerken wird das einfallende Sonnenlicht mit Spiegeln auf einen Punkt gebündelt. Mit diesen so entstehenden hohen Temperaturen wird ein Wärmeträger erhitzt und Energie erzeugt.
Parabolrinnen sind gewölbte Spiegelrinnen, welche die Sonnenstrahlen auf eine Röhre in der Brennlinie lenken. In der Röhre befindet sich ein Öl, das bis zu 400 °C warm wird. Dieses heiße Öl erzeugt Dampf, der wiederum Turbinen antreibt. Da die Wärme gespeichert werden kann, ist eine Stromerzeugung auch ohne Sonneneinstrahlung möglich.
Zukunft der Solarenergie
Im Kollektiv kann über die Sonnenkraft mithilfe der verschiedensten Methoden sehr viel Strom schon heute erzeugt werden. Je nach Standort kann jede der hier vorgestellten Methoden (und noch weitere) einen enormen Beitrag zur Energiewende leisten. Wie man sieht, besitzt die Solarenergie ein immenses Potenzial, das noch längst nicht ausgeschöpft ist.