5 Wege, Sonnenenergie zu nutzen

Was ist Solarenergie und warum ist sie wertvoll?

Unter Sonnen- oder Solarenergie versteht man die von der Sonne abgestrahlte Wärme (auch  Solarstrahlung). Sie lässt sich in elektrische Energie umwandeln oder direkt zur Beheizung unserer Gebäude nutzen. Möglich ist das alles durch die Kernfusion im Inneren der Sonne. Diese sorgt für Oberflächentemperaturen von etwa 5.500 Grad Celsius und eine so intensive Wärmestrahlung, dass der Stern sogar unsere Erde mit Energie versorgt. Experten gehen davon aus, dass uns die Solarenergie noch für rund eine  Milliarde Jahre zur Verfügung steht, bevor die Sonne als Energiequelle versiegt. Denn dann hat sie sich so stark ausgedehnt, dass ihre Strahlen die Erdozeane zum Verdampfen bringen würden.  

Rund 1.000 Kilowattstunden pro Quadratmeter nutzbar

Jeden Tag liefert die Sonne so viel Energie, dass wir damit theoretisch den Energiehunger eines ganzen Jahres stillen könnten. Und das kostenfrei, unendlich (zumindest in menschlichen Maßstäben) und ohne CO₂-Ausstoß. Technisch nutzen lassen sich hierzulande etwa 1.000 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr. Der Wert entspricht dem Energieinhalt von 100 Litern Heizöl und wird auch Globalstrahlung genannt. Geografisch gesehen ist diese im Süden Deutschlands etwas höher. Dort können Hausbesitzer sogar 1.190 Kilowattstunden Solarenergie im Jahr auf jedem Quadratmeter gewinnen. Ein Vorteil: Denn dadurch benötigen Sie etwas weniger Technik, um die gleiche Energiemenge zu gewinnen. Damit nicht genug: Beträgt die Globalstrahlung in Spanien bereits 2.000 Kilowattstunde, ist es möglich, in der Sahara bis zu 2.500 Kilowattstunden Solarenergie pro Jahr und Quadratmeter zu ernten.  

Nutzung der Sonnenenergie: Die Sonne für sich arbeiten lassen

Holz, Erdgas oder Heizöl: Ohne die Sonne würde es all diese Energieträger nicht geben. Denn die Energiequelle sorgte bereits vor Millionen von Jahren für das Heranwachsen von Biomasse - die Ausgangsstoffe von Öl und Gas. Gleiches geschieht auch heute. Denn ohne Solarenergie würde kein Baum auf der Erde wachsen. Nutzbar ist die Energie des Sterns aber nicht nur in Form von Heizöl, Erdgas oder Biomasse. Inzwischen gibt es eine Reihe weiterer Möglichkeiten, mit denen sich die Sonnenenergie für Heizung, Warmwasser und Elektrizität verwenden lässt. Grundsätzlich sind dabei passive und aktive Lösungen zu unterscheiden, wie die folgende Übersicht zeigt:

• Passive Nutzung der Sonnenenergie funktioniert ohne zusätzliche Technik. So wärmt die solare Strahlung Häuser, wenn sie durch Fenster in dieser eindringt.  
• Aktive Nutzung der Solarenergie setzt beispielsweise auf Solarthermie oder Photovoltaik, um Wärme und Strom zu gewinnen. Sie funktioniert nicht ohne zusätzliche Technik.

Im Folgenden stellen wir verschiedene Lösungen vor, mit denen Sie sich die Vorteile der Sonnenenergie im eigenen Haus zunutze machen.

Zwei der bekanntesten Wege, Sonnenenergie zu nutzen

Die Heizwärme macht gut zwei Drittel des Energiebedarfs in einem Haushalt aus. Inklusive der Warmwasserbereitung beträgt der Anteil dabei rund 85 Prozent. Doch auch der Stromverbrauch ist beachtlich und sinkende Zahlen sind bislang nicht absehbar. Umso wichtiger ist es, thermische und elektrische Energie mithilfe der Sonneneinstrahlung zu gewinnen. Zentral sind dabei zwei Wege: Solarthermie und Photovoltaik. 

Mit einer Solarthermie-Anlage Sonnenenergie nutzen

Wer kennt es im Sommer nicht? Schwarze Kleidung zieht das Sonnenlicht geradezu an. Dieses Prinzip machen sich die Kollektoren einer Solarthermie-Anlage zunutze. Denn die wichtigsten Bestandteile sind der sogenannte Absorber und ein Wärmeträgermedium. Der Absorber ist dabei Kern der Anlage, denn er nimmt die Strahlungsenergie der Sonne auf und wandelt sie in Wärme um. Das Medium, meist ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, welches die Röhren durchfließt, transportiert die thermische Energie zum Speicher. Auf diese Weise können Hausbesitzer je nach Bedarf die Sonnenenergie nutzen. 

Solarenergie mit Photovoltaik in Strom umwandeln 

Wesentlicher Unterschied zur Solarthermie-Anlage besteht darin, dass hier keine Kollektoren die Sonnenstrahlung aufnehmen, sondern Solarzellen. Sie wandeln die Sonnenenergie in Strom um. Möglich ist das durch den photoelektrischen Effekt, der bereits seit dem 19. Jahrhundert bekannt ist. Er beschreibt, wie sich Elektronen in Halbleitern bewegen, wenn sie mit dem Licht Energie aufnehmen. In speziell aufgebauten Solarzellen entsteht durch den Vorgang Gleichstrom, der sich über Kontakte abgreifen und im Haus nutzen lässt. Möchten Sie Solarenergie selbst in Strom umwandeln, ist dafür eine Photovoltaikanlage auf dem Dach erforderlich. Stimmen die örtlichen Gegebenheiten (Ausrichtung, Verschattung), kommt auch eine sogenannte Solarfassade infrage. Im großen Stil lässt sich Sonnenenergie übrigens auch als Bürgerenergie gewinnen, um regional eigenen Strom zu erzeugen. 

Solare Stromerzeugung im großen Stil  

Solarenergie nutzen: Das klappt nicht nur mit Solarthermie- oder Photovoltaikanlagen. Im Folgenden geben wir weniger bekannte Beispiele dafür, wie uns die kostenfreie Energie der Sonne zugutekommt - ganz abgesehen von ausgedehnten Sonnenbädern, die zur Ausschüttung von Glückshormonen  führen und damit für gute Laune sorgen.

Sonnenwärmekraftwerke für die solare Stromerzeugung

Diese solarthermischen Anlagen zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass die Sonnenstrahlen durch zahlreiche Spiegel gebündelt auf den Absorber treffen. Diese wandeln Sonnenenergie in Wärme um. Über eine Dampfturbine wird diese zu mechanischer Energie und schließlich mit einem Generator zur Gewinnung elektrischer Energie genutzt. Häufigste Form ist das sogenannte  Parabolrinnenkraftwerk. Ein anderer Weg sind die  Solarturmkraftwerke. Hier gibt es nur einen zentralen Absorber, der von hunderten Spiegeln bestrahlt wird. An dem Punkt, an dem die Strahlen der Sonne auf den Turm treffen, entstehen Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius.

Aufwindkraftwerk gewinnt Strom aus solar erwärmter Luft  

Eine andere Art der solarthermischen Anlage ist das sogenannte  Aufwindkraftwerk. Hier erwärmt Solarenergie Luft, die sich unter einem großen Glasdach oder unter einer großflächig aufgespannten Folie befindet. In der Mitte des Daches steht ein Turm, der als Kamin weit in den Himmel reicht. Der Temperaturunterschied zwischen der Öffnung am Kamin und dem Bereich unter dem Dach lässt einen Zug entstehen und Luft steigt im Turm nach oben. Generatoren wandeln diesen Auftrieb zunächst in eine Drehbewegung und anschließend in elektrische Energie um.  

Solarkocher und Solarballon für Wärme und Strom

Nach ähnlichen Prinzipien arbeiten die sogenannten Solarkocher und -ballons; bloß im kleineren Maße. Die Ballons bestehen aus einer dunklen Hülle. Die einfachste Bauform ist ein schlauchförmiger Solarballon. Allen Formen ist gemein, dass die dunkle Hülle einen Teil der Sonnenenergie absorbiert und an die Luft im Inneren abgibt. Diese erwärmt sich und steigt wie bei einem Aufwindkraftwerk zur oberen Öffnung des Ballons. Das führt dazu, dass sich Schaufelräder drehen und einen Generator antreiben.  

Um Sonnenenergie zu nutzen, kann auch ein sogenannter Solarkocher zum Einsatz kommen. Kern dessen ist ein Parabolspiegel, der die Sonnenstrahlen bündelt. Im Brennpunktbereich gibt es einen schwarzen Behälter, der als Absorber dient. Es kommt zu einer starken Erhitzung. Aufgrund seiner einfachen Bauweise gibt es unterschiedliche Einsatzgebiete. So kann ein Solarkocher nicht nur zum Erhitzen von Wasser oder Speisen genutzt werden. Er wird auch in Färbereien oder bei der Seifenherstellung verwendet. Selbst  Stirlingmotoren  lassen sich auf diese Weise in Gang bringen.  

Solar-Architektur nutzt Solarenergie passiv aus     

Die Sonnenenergie kann aber auch ganz ohne Hilfsmittel genutzt werden – nämlich nur über die Gebäudehülle. In einem solchen Fall ist von der sogenannten passiven Solarenergienutzung die Rede. Dabei gelangt die Sonnenstrahlung über die Fenster ins Innere des Gebäudes. Die Bauelemente erwärmen sich und geben ähnlich wie beim Prinzip der Infrarotheizung Wärme gleichmäßig über einen längeren Zeitraum an die Umgebung ab.

Folgende Faktoren spielen hierbei eine zentrale Rolle:

• eine lange Sonnenscheindauer ohne Schatten
• eine große Fensterfläche mit Südausrichtung  
  
• die Lichtdurchlässigkeit (der sogenannte  g-Wert)
  
• Verschattung für hochstehende Sommersonne
• Speicher- und Absorptionsfähigkeit der Bauteile

Solarenergie: Energiequelle mit vielen Vorteilen

Anders als viele andere fossile Energieträger steht uns Solarenergie unbegrenzt als Ressource zur Verfügung. Ihre Nutzung ist emissionsfrei und sehr umweltfreundlich. Darüber hinaus hat sich die Solarenergie als leistungsfähige Form der Energieerzeugung erwiesen, sowohl in Bezug auf die Energiewende als auch auf die damit verbundene Abkehr von Fossilen und der Kernenergie. Im Hinblick auf die Kosten punktet Solarenergie ebenfalls, da die Sonne beziehungsweise ihre Strahlung dem Menschen kostenlos zur Verfügung steht.

Tipp: Sonnenenergie am besten selbst verbrauchen

Natürlich kann Sonnenenergie nach der Umwandlung in Strom auch in ein öffentliches Netz eingespeist werden. Einer der großen Vorteile der Nutzung der Solarenergie ist es jedoch, dass sie dort, wo sie entsteht beziehungsweise gesammelt und umgewandelt wird, auch verbraucht werden kann. Die Vorteile für den Verbraucher: Eventuelle Transportkosten, zum Beispiel für die Leitung von Kraftwerken zum Speicher- oder Verbrauchsort, werden gespart. Der Verbraucher wird zudem unabhängiger von am Markt vorherrschenden Energiepreisen.

Sonneneinstrahlung nicht planbar – aber?!

Nachteilig im Hinblick auf die Nutzung der Sonne für die Erzeugung von Strom oder Wärme ist die Tatsache, dass Sonneneinstrahlung nicht planbar und natürlich von den typischen Schwankungen abhängig ist. Zudem ist immer eine große Fläche nötig, um Energie zu gewinnen. Umso wichtiger, wenn Sie sich für eine der Anlagen entscheiden, ist die Installation von Strom- und Wärmespeichern. Darüber hinaus sollten diese richtig geplant werden, um das höchstmögliche Potential ausschöpfen zu können.