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Sonnenenergie kurz erklärt 

03.05.2022 6 Min 14

Am 03. Mai ist  der Internationale Tag der Sonne – das nehmen wir zum Anlass, einen genauen Blick auf den zentralen Stern unseres Sonnensystems zu werfen. Die Sonne spendet Licht und Wärme und bestimmt mit ihrem Auf- und Untergang unseren Tagesablauf auf der Erde. Gleichzeitig sorgt die Energie der Sonne dafür, dass Pflanzen, Tiere und Menschen überleben und gedeihen – und bietet großes Potenzial, klimaneutral Strom und Wärme zu erzeugen. Was genau ist also Sonnenenergie, warum ist sie wichtig und wie können wir sie effektiv ausnutzen? 

Foto von Einfamilienhaus mit PV-Anlage auf dem Dach

Was ist Sonnenenergie − einfach erklärt

Die Sonne besteht zu etwa 70 % aus Wasserstoff und zu 23 % aus Helium. Weitere Bestandteile umfassen Metalle, Kohlenstoff, Sauerstoff, Neon und Stickstoff. Im Inneren der Sonne finden kontinuierlich Kernfusionsprozesse statt, bei denen Wasserstoffkerne zu Helium verschmelzen. Diese Kernfusionen setzen Unmengen an Energie frei: Im Inneren der Sonne herrschen daher Temperaturen von unfassbaren 15 Milliarden Grad Celsius und an der Oberfläche des Sterns sind es immerhin noch 5.500 Grad Celsius. Ein Teil dieser Energie erreicht als elektromagnetische Wellen auch die Erde.

Auf der Erde sorgt die Sonnenenergie glücklicherweise nur für einen Bruchteil dieser Temperaturen. Natürliche Treibhausgase in der Atmosphäre absorbieren einen Teil der eintreffenden Sonnenstrahlung und sorgen dafür, dass diese nur teilweise in das Weltall zurück reflektiert wird. Dadurch kann die Wärmeenergie der Sonne an Land und im Meer gespeichert werden und beeinflusst die Temperatur auf der Erde. Ohne diese Treibhausgase und die gespeicherte Wärme der Sonne wäre menschliches Leben auf der Erde nicht möglich: Die globale Durchschnittstemperatur läge dann bei -18 °C statt 14 °C.

Sonnenenergie zählt zu den wichtigsten erneuerbaren Energien  – denn der Wasserstoffvorrat der Sonne wird voraussichtlich noch 5 Milliarden Jahre lang für Sonnenstrahlung sorgen. Die Sonne stellt damit die größte verfügbare Energiequelle der Erde dar – und beeinflusst indirekt auch andere erneuerbare Energiequellen. 

Sonnenenergie als erneuerbare Energie

Die Sonnenenergie ist quasi unerschöpflich – lediglich nachts und aufgrund von jahreszeiten- und wetterbedingten Schwankungen müssen wir vorübergehend auf sie verzichten. Deutschland verfügt im Schnitt über 1.600 Sonnenstunden pro Jahr. Diese können vielfältig zur Erzeugung von klimaneutraler erneuerbarer Energie genutzt werden:

  • in Photovoltaikanlagen als Strom
  • mittels Solarthermie als Wärme
  • indirekt als Windenergie und Wasserkraft 

Nutzung von Solarenergie in PV-Anlagen

Photovoltaikanlagen sind eine der bekanntesten Arten, Sonnenenergie in Strom zu verwandeln: Auf den Dächern von Privathäusern, Firmengebäuden und in großem Stil auf Feldern werden dazu Solarmodule aufgestellt. Die Solarmodule bestehen aus einzelnen, miteinander verschalteten Solarzellen. Im Inneren der Solarzellen befindet sich ein Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium. Trifft die Sonnenstrahlung in Form von Photonen auf die Solarmodule, lösen sich Elektronen vom Siliziumkern und fließen zur positiv geladenen Seite der Solarzelle – so entsteht Gleichstrom.

Der durch die Photovoltaikanlage erzeugte Gleichstrom wird in der Regel mithilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt und kann über die Steckdosen in unseren Häusern genutzt werden. Mittels einer Photovoltaikanlage können sich somit auch private Haushalte die Sonneneinstrahlung zunutze machen und in klimaneutrale Energie umwandeln.

Der erzeugte Strom im Verhältnis zur Sonneneinstrahlung gibt den Wirkungsgrad einer PV-Anlage an. Je nach Art der Solarmodule und des verwendeten Halbleiters liegt dieser meist zwischen 5 und 20 %. 

Nutzung von Solarenergie als Solarthermie

Solarthermie bezeichnet die Umwandlung von Solarenergie in Wärme. Dies geschieht – ähnlich wie mit Photovoltaikanlagen – beispielsweise durch Solarthermie-Anlagen auf den Dächern von Häusern. Dazu werden anstelle von Solarmodulen sogenannte Sonnenkollektoren installiert. Innerhalb dieser Sonnenkollektoren befinden sich keine Solarzellen, sondern eine Solarflüssigkeit. Die Sonneneinstrahlung auf die Kollektoren erwärmt diese Flüssigkeit, die die Wärmeenergie über einen Wärmetauscher an einen Speicher abgibt. Anschließend zirkuliert die Flüssigkeit zurück in den Sonnenkollektor und wird dort erneut erwärmt, sodass ein Kreislauf entsteht. Die gewonnene Wärme im Speicher können die Bewohner des Hauses mit Solarthermie-Anlage anschließend zum Heizen des Gebäudes oder zur Bereitung von Warmwasser nutzen.

Indirekt genutzte Sonnenenergie

Die Sonne beeinflusst die Bedingungen auf der Erde in so großem Maße, dass sie indirekt auch in andere Arten der Energieerzeugung involviert ist. So macht sich zum Beispiel Windenergie die Windströmungen auf der Erde zunutze – diese werden maßgeblich von der Sonne und ihrer Strahlung angetrieben. Denn: Die Sonneneinstrahlung erwärmt den Erdboden und die darüber liegenden Luftschichten. Die warme Luft wird dünner und leichter und steigt dadurch nach oben. Am Boden entsteht so Tiefdruck. Bei kalten Temperaturen sinkt die Luft an anderer Stelle dagegen ab und lässt in Bodennähe Hochdruck entstehen. Um den Unterschied zwischen Hoch- und Tiefdruck auszugleichen, strömt die kalte Luft in der Folge dorthin, wo warme Luft aufsteigt. Je größer die Temperaturunterschiede, desto schneller strömt die Luft – und desto stärker oder schwächer ist der Wind.

Auch Wasserkraft profitiert vom Einfluss der Sonne: Die Sonnenstrahlung lässt auf der Erde Wasser verdunsten, das als Wasserdampf mit der Luft nach oben steigt. Als Niederschlag kehrt dieses Wasser schließlich wieder auf die Erde zurück – und sorgt dafür, dass Wasserreservoirs in hoher Lage wieder aufgefüllt und für die Wasserkraft genutzt werden können. 

Die Vor- und Nachteile von Sonnenenergie

Auch wenn die geballte Kraft der Sonne nicht mit hundertprozentigem Wirkungsgrad in Energie umgewandelt werden kann, liegen die Vorteile der Sonnenenergie auf der Hand. Sie ist:

  • quasi unerschöpflich,
  • überall verfügbar und
  • klimaneutral zu nutzen.

Die Energie der Sonne steht abgesehen von witterungsbedingten und tageszeitabhängigen Schwankungen unerschöpflich und überall zur Verfügung. So ist es möglich, unabhängig von politischen Verhältnissen und der lokalen Ressourcenverteilung mithilfe der Sonne Strom und Wärme zu erzeugen. Hinzu kommt, dass bei der Erzeugung von Strom und Wärmeenergie – im Unterschied zu klassischen und fossilen Energiequellen – keinerlei klimaschädliche Treibhausgase ausgestoßen werden. Die Sonnenenergie ist somit vor dem Hintergrund des Klimawandels eine zukunftsfähige Energiequelle.

Nachteile der Sonnenenergie sind jedoch:

  • ihre zeitliche Begrenzung (je nach Tageszeit und Jahreszeit),
  • ihr geringer Wirkungsgrad sowie
  • die ressourcenintensive Produktion von PV- und Solarthermie-Anlagen

Dass beispielsweise nachts keine Sonnenstrahlung vorherrscht und somit auch kein Strom bzw. keine Wärmeenergie erzeugt werden kann, ist eine der großen Herausforderungen der Sonnenenergie. Abhilfe kann hier mit Speichern geschaffen werden, sodass Haushalte auch in Zeiten geringer bis gar keiner Strahlung ihren Energiebedarf mit der Solarenergie decken können. Langfristige Speichermöglichkeiten müssen in den kommenden Jahren weiter erforscht und entwickelt werden – eine vielversprechende Möglichkeit bietet perspektivisch zum Beispiel die Nutzung von Wasserstoff als Speichermedium.

Da die Sonnenenergie auf der Erdoberfläche je nach Bedingungen eine Leistungsdichte zwischen 0,114 und 0,268 Kilowatt pro Quadratmeter aufweist und bei der Umwandlung der Strahlung mittels Photovoltaik und Sonnenkollektoren weitere Energieeinbußen stattfinden, ist der Wirkungsgrad der Sonnenenergie verglichen mit ihrem Potenzial recht niedrig. Für eine reelle Energieerwirtschaftung sind daher große Flächen von Solarmodulen oder Kollektoren vonnöten. Dennoch ist es heute für einen gewöhnlichen Haushalt mithilfe von Batteriespeichern problemlos möglich, dank Solarmodulen auf dem Dach energieautark zu werden.

Kritiker führen mitunter an, dass für die Produktion und die Errichtung von Photovoltaikanlagen große Mengen Energie benötigt werden, die häufig aus klimaschädlichen Quellen stammen. Dank der vollkommen klimaneutralen Nutzung der Sonnenenergie amortisieren sich diese Emissionen jedoch zum einen schnell wieder – zum anderen tragen verbesserte Produktionsmöglichkeiten und der generelle Ausbau des Anteils erneuerbarer Energien am Energiemix dazu bei, den Prozess immer nachhaltiger zu gestalten.

Sonnenenergie als Zukunftsenergie

Die Sonne ist wahrhaftig eine vielfältige Energiequelle – und hat es verdient, am 03. Mai gefeiert zu werden. Sie ermöglicht nicht nur generell das Leben auf der Erde, sondern bietet uns auch im heutigen Zeitalter immer neue Möglichkeiten, ihre Energie zu nutzen – sei es, in Form von Solarstrom, Solarthermie, Windenergie oder Wasserkraft. Mithilfe der Sonnenenergie können wir unsere Energieerzeugung unabhängig und sicher gestalten und gleichzeitig dem Klimawandel entgegenwirken. Und dabei haben die Möglichkeiten der Nutzung und Speicherung von Sonnenenergie angesichts des technologischen Fortschritts ihren Zenit noch lange nicht überschritten. 

Viele Grüße,
  • Annika Schwarzer
Annika Schwarzer
Annika Schwarzer
Mitarbeiterin Konzernkommunikation
Nachdem Annika ihre Ausbildung zur Bankkauffrau abgeschlossen hatte, entschied sie sich dazu ihrem Interesse für Kommunikation nachzugehen, indem sie ein duales Studium (B.A.) bei EWE begann. Seit dem erfolgreichen Abschluss dieses Studiums arbeitet Annika in der Konzernkommunikation und beschäftigt sich dabei unter anderem mit den Websites des EWE Konzerns wie auch diesem Klimablog. Annika setzt sich seit ihrem Studium vermehrt mit Themen zum Klimaschutz und zur Nachhaltigkeit auseinander und versucht seither täglich einen eigenen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.
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