Wie funktioniert Solarenergie? Prinzip & Nutzung einfach erklärt

Die Solarenergie ist die größte Energiequelle. Die jedes Jahr auf die Erde einstrahlende Solarenergie ist mehr als 10.000-fach so groß wie der Weltenergiebedarf der Menschheit. Da sich die Zusammensetzung des Sonnenspektrums, die Sonnenscheindauer und der Winkel, unter dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche fallen, regional unterscheiden, ist auch die eingestrahlte Energie in Europa geringer als in der Sahara. Daher sind natürlich solche Gebiete für die Nutzung der Solarenergie sehr attraktiv. Aber auch in unseren Breitengraden lohnt sich die Nutzung der Solarenergie zur Wärme- als auch Stromerzeugung.

Solarenergie dient grundsätzlich als Energiequelle der Photosynthese. Dabei wird Wasser (H₂O) gespalten und Kohlendioxid (CO₂) in Biomoleküle überführt, zum Beispiel in Kohlenhydrate ([CH₂O]_n). Vor etwa 3 Milliarden Jahren begann die Entwicklung der biologischen Photosynthese ausgehend von Bakterien bis hin zur Ausbildung von Chloroplasten in höheren Lebewesen wie Algen und Pflanzen.

Die Effizienz der Umwandlung von eingestrahltem Solarenergie in Biomasse beträgt bei der biologischen Photosynthese unter 1 Prozent. Bei einem Wirkungsgrad von 0,7 Prozent können über das Jahr gemittelt durch biologische Photosynthese in Deutschland etwa 7 kWh Solarenergie pro m² netto konserviert werden. Auf der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche Deutschlands (167.000 km²) werden also weniger als 1.200 Milliarden kWh pro Jahr in Biomasse konserviert; dies entspricht etwa 30 Prozent des deutschen Primärenergieverbrauchs von 3.750 Milliarden kWh pro Jahr.

Die älteste und einfachste Art der energetischen Nutzung von Biomasse ist die Verfeuerung. In Deutschland wird Biomasse überwiegend in Kleinanlagen wie Kaminen, Öfen aber auch Holzscheit- und Pelletheizungen unter 15 Kilowatt verfeuert. Auch die Verstromung von Biomasse hat sich in den letzten Jahren vervielfacht. Biomasse-Kraftwerke und Heizkraftwerke nutzen vor allem Altholz, aber auch Industrieresthölzer, Sägenebenprodukte und Waldrestholz. Eine wichtige Bedeutung nimmt auch die Vergärung von Biomasse in Biogasanlagen ein. Bei der Zersetzung von organischer Materie durch spezielle Methanbakterien entsteht Biogas, das dann in Blockheizkraftwerken (BHKW) zu Strom- und Wärme gewandelt wird oder als Gas zunächst zwischengespeichert wird. Immer häufiger werden biogene Stoffe auch als Biokraftstoffe im Verkehr eingesetzt.

Neben der energetischen Nutzung von Biomasse lässt sich Solarenergie auch technisch auf viele verschiedene Arten direkt in Strom und Wärme umwandeln und so vielfältig nutzbar machen:

• Solarkollektoren nutzen Solarenergie direkt zur Wärmegewinnung für Einfamilienhäuser als auch große Immobilien und industrielle Wärmeanwendungen

• Solarzellen produzieren elektrischen Gleichstrom, der über Wechselrichter umgewandelt wird, um diesen Solarstrom direkt zu verbrauchen oder in das Stromnetz einzuspeisen (Photovoltaik)

• Viele Gebäude werden so geplant, dass Solarenergie gezielt zur Wärmegewinnung genutzt wird. Diese passive Sonnenenergie bezeichnet die Nutzung von Wärme durch Sonneneinfall in Passivhäusern

• Solarthermiekraftwerke erhitzen mit Hilfe von Solarenergie spezielles Thermoöl oder überhitzten Wasserdampf, deren Energie dann über eine Turbine verstromt wird