Strom und Heizkraft aus Solarenergie

Die Sonne – nachhaltige und umweltfreundliche Energiequelle

Nur durch die Sonne ist Leben auf der Erde überhaupt erst möglich. Sie ist unser Energielieferant, unsere Licht- und Wärmequelle und unabdingbar für Pflanzen und Bäume. Wir machen uns Solarenergie in verschiedenen Bereichen seit langem nutzbar und gewinnen Wärme und Strom aus Ihrer Strahlungsleistung. So können wir unsere Elektroheizung, Stromheizung oder Elektrospeicherheizung mit nachhaltigem und umweltfreundlichem Strom aus Sonnenergie speisen. Doch was genau ist Sonnenenergie und wie funktioniert die Stromgewinnung aus der Sonne? Unser Ratgeber klärt Sie auf.

Die Sonne

Rund 150 Millionen Kilometer von der Erde entfernt liegt das Zentrum unseres Sonnensystems: die Sonne. Seit etwa 4,57 Milliarden Jahren gibt es die Sonne und mit ihr unser Sonnensystem. Mit einem Durchmesser von 1,4 Millionen Kilometern enthält der Stern 99,86 Prozent der Gesamtmasse des Sonnensystems und ist damit 109 Mal so groß wie unser Planet.
Der schalenförmige Aufbau der Sonne besteht aus einem Kern, einer inneren Atmosphäre bis zur sichtbaren Oberfläche und einer äußeren Atmosphäre. Die Sonne besteht zum Großteil aus Wasserstoff (92,1 %) und aus Helium (7,8 %). Weitere Bestandteile sind Sauerstoff, Kohlenstoff, Neon und Stickstoff.

Seit Beginn Ihrer Existenz wandelt die Sonne mit Kernfusion Wasserstoff zu Helium um. Dieses Helium sammelt sich im nichtkonvektiven Kern der Sonne an, wodurch dieser immer kompakter wird und weiteres Material einbezieht. Die Folge: Der Durchmesser und die Leuchtkraft der Sonne nehmen langsam zu. Und so wird die Sonne in ca. sieben Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen heranwachsen.

Was ist Solarenergie?

Da die Fallbeschleunigung am Rand des Sonnenkerns acht Mal so groß ist wie an der Sonnenoberfläche, kann die nötige Stabilität nur durch eine hohe Dichte aufgebracht werden. Die Hälfte der Sonnenmasse konzentriert sich daher im Kern der Sonne und somit in nur 25 Prozent des Sonnenradius oder ca. 1,5 Prozent des Sonnenvolumens. Die hohe Teilchendichte führt zu den häufigen Kernfusionsreaktionen innerhalb des Sonnenkerns. Durch diese Kernfusionen hat die Oberfläche der Sonne noch eine Temperatur von ca. 5800 Kelvin (etwa 5500 °C).

Durch die Kernfusion im Inneren der Sonne werden enorme Energiemengen freigesetzt, die in Form von Sonnenstrahlung – elektromagnetischen Wellen – auch die Erde erreichen. Pro Sekunde strahlt die Sonne das 20.000-fache des Primärenergieverbrauchs der Erde seit Beginn der Industrialisierung aus. Damit setzt sie mehr Energie frei als alle Kernkraftwerke der Erde von 2011 in 750.000 Jahren freisetzen würden.

Zunächst trifft die Sonnenstrahlung in einer Intensität von 1,367 kW pro Quadratmeter auf die Erdatmosphäre. Da die Erde aber einen großen Teil davon absorbiert und reflektiert, kommen auf der Erdoberfläche je nach Region lediglich 0,114 bis 0,268 kW Sonnenenergie pro Quadratkilometer an. Diese geringe Menge reicht trotzdem für eine effektive Energiegewinnung aus. Solarenergie unterliegt dabei aber immer auch natürlichen Schwankungen. Je nach Tages- oder Jahreszeit und Region gibt es unterschiedlich viel Energie. Um diese Schwankungen auszugleichen, kann die gewonnene Sonnenenergie gespeichert werden. Die Speicherung ist dabei noch eine der größten Herausforderungen der Forschung und muss noch deutlich verbessert werden.

Wie kann Solarenergie genutzt werden?

Solarenergie oder auch Sonnenenergie ist die vom Menschen nutzbargemachte Energie der Sonnenstrahlung. Diese kann auf verschiedene Weisen genutzt werden. Die Sonne ist ein schier unermesslicher Energiespender. Täglich liefert sie 10.000 Mal mehr an Solarenergie, als wir auf der Erde benötigen. Zum größten Teil wird diese Energie langfristig in fossilen Energieträgern gespeichert und auch so indirekt nutzbar gemacht. Die direkte Nutzung trägt derzeit nur zu 0,15 Prozent zur Energiebedarfsdeckung bei.

Zwar ist die direkte Nutzung von Solarenergie deutlich umweltfreundlicher und Ressourcenschonender, durch die geringe Leistungsdichte entsteht aber auch ein höherer Flächenbedarf. Doch die Technologien zur Gewinnung und Speicherung von Solarenergie werden stetig verbessert und so kann eine immer bessere Energiegewinnung aus der Sonnenkraft ermöglicht werden. In sog. Solarkraftwerken wird die Strahlung der Sonne in Energie umgewandelt. Mithilfe von Solarkollektoren kann Solarenergie in Wärmeenergie oder mit Solarkraftwerken wie Solarthermie und Photovoltaik in elektrische Energie umgewandelt werden.

Neben dieser direkten Energiegewinnung gibt es auch eine indirekte Nutzung von Solarenergie. Die Sonnenstrahlung führt zu einer Erwärmung der Erde, ermöglicht die Photosynthese und beeinflusst Luftdruckunterschiede und Wasserkreisläufe. Auch hier kann mit Hilfe von moderner Technik die indirekte Sonnenenergie nutzbar gemacht werden. So gehört die Windenergie, Wasserkraft, Gezeitenenergie und Bioenergie aus Biogas oder Holz zu der indirekten Nutzung von Solarenergie.
Auch wenn die Solarenergie Schwankungen unterliegt und nicht auf alle Regionen mit gleicher Intensität auftrifft, kann sie dennoch auch in strahlungsärmeren Regionen gut genutzt werden. Im eher strahlungsarmen Deutschland beispielsweise liegt die Energiemenge der Sonne bei 900 bis 1100 MWh pro Quadratkilometer. Das ist 200 Mal mehr als der gesamte deutsche Primärenergieverbrauch.

Solarenergie: viel Potenzial und umweltfreundliche Alternative

Im Vergleich zum Heizen mit fossilen Brennstoffen ist Solarenergie eine deutlich umwelt- und klimafreundlichere Alternative. Für die direkte Nutzung von Solarenergie muss weder die Natur zerstört noch giftige und klimaschädliche Emissionen freigesetzt werden. Solarenergie bietet daher viel Potenzial, gerade auch für den Klimaschutz. Wer seine Wandheizung oder seinen Elektrokamin mit Strom aus Solarenergie speist, trägt somit erheblich zu einer besseren Klimabilanz bei und tut neben dem Gewissen auch der Umwelt etwas Gutes. Lesen Sie hierzu auch unseren Ratgeber über Ökostrom für den Klimaschutz.

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