Wo wird Solarenergie genutzt?

12. 05. 2024

Wo wird Sonnenenergie genutzt?

Solarenergie, die Kraft, die von der Sonne gewonnen wird, ist eine unerschöpfliche und saubere Energiequelle, die zunehmend als Schlüssel zur Energiewende angesehen wird. Sie basiert auf dem Grundprinzip, dass Sonnenlicht, durch photovoltaische Zellen oder solarthermische Kollektoren, in elektrische Energie oder Wärme umgewandelt wird. Photovoltaische Zellen erzeugen Strom, indem sie die Energie der Sonnenstrahlen nutzen, um Elektronen in Halbleitermaterialien zu bewegen, während solarthermische Systeme die Wärme der Sonne einfangen, um Wasser zu erhitzen oder Dampf zu erzeugen, der dann zur Stromerzeugung oder für Heizzwecke verwendet werden kann.

Sonnenenergie hat in den letzten Jahrzehnten erheblich an Bedeutung gewonnen, getrieben durch technologische Fortschritte, sinkende Kosten und wachsende Besorgnis über die Umweltauswirkungen fossiler Brennstoffe. Weltweit hat sich die installierte Kapazität von Solaranlagen rasant vermehrt, was Solarenergie zu einer der am schnellsten wachsenden Energiequellen macht. Das Wachstum spiegelt sich in der steigenden Anzahl von Solarparks, Dachsolarmodulen, Solarkollektoren und anderen Installationen in einer Vielzahl von Umgebungen, von städtischen bis zu ländlichen Gebieten, über alle Kontinente hinweg.

Der globale Trend zur Solarenergie wird durch internationale Bemühungen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und den Übergang zu erneuerbaren Energiequellen weiter beschleunigt. Regierungen und Unternehmen weltweit erkennen zunehmend die ökonomischen und ökologischen Vorteile der Solarenergie, was zu Investitionen, Forschung und Entwicklung in diesem Sektor führt. Angesichts des kontinuierlichen Fortschritts in der Solartechnologie und der wachsenden globalen Unterstützung für erneuerbare Energien steht die Solarenergie im Zentrum der Bemühungen um eine nachhaltige und klimafreundliche Zukunft.

Wie funktioniert Solarenergie?

Solarenergie nutzt die Sonnenstrahlung als Energiequelle, um Strom und Wärme zu erzeugen. Im Kern dieses Prozesses stehen zwei Haupttechnologien: Photovoltaik (PV) und Solarthermie.

Photovoltaik: So funktionieren PV-Anlagen

Eine Photovoltaikanlage wandelt Sonneneinstrahlung direkt in Elektrizität um. Dies geschieht mittels Solarzellen, die meist aus Silizium bestehen. Wenn die Strahlung von Sonnenlicht auf eine Solarzelle trifft, löst es Elektronen aus ihren Atomen und erzeugt so Gleichstrom. Mehrere Zellen bilden ein Solarmodul, und mehrere Module zusammen bilden eine Solaranlage. Photovoltaikanlagen können Energie für einzelne Gebäude (beispielsweise auf einem Dach oder an einem Balkon) oder als Teil eines größeren Solarkraftwerks – dann auch häufig auf Freiflächen – zur Einspeisung in das Stromnetz erzeugen.

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Solarthermieanlagen: Erzeugung von Wärme durch die Strahlung der Sonne

Solarthermie hingegen nutzt die Wärme der Sonne: Ein so genannter Sonnenkollektor konzentriert Sonnenlicht mit Hilfe von Spiegeln oder Linsen auf einen kleinen Bereich, um Flüssigkeit zu erhitzen, die dann zur Erzeugung von Dampf verwendet wird. Der Dampf treibt Turbinen an, die Elektrizität erzeugen. So kann mit Solarenergie Warmwasser erzeugen.

Beide Technologien transformieren also die Energie der Sonne in nutzbare Formen von Energie, sei es direkt in Elektrizität durch Photovoltaik oder in Wärmeenergie durch Solarthermie und tragen wesentlich zur globalen Energieversorgung bei.

Weitere Anwendungsbereiche von Solarenergie

Neben PV- und Solarthermieanlagen gibt es noch weitere Möglichkeiten, wie die Strahlungsenergie der Sonne in Wärme oder elektrische Energie umgewandelt werden können:

Aufwindkraftwerke: Sie nutzen die Sonnenenergie, um durch die Erwärmung der Luft unter einem großen, transparenten Dach oder Gewächshaus einen Aufwind zu erzeugen. Die erwärmte Luft steigt auf und strömt durch einen zentralen Turm nach oben, wo sie Turbinen antreibt, die wiederum Strom erzeugen. Dieses System nutzt die thermische Zirkulation von warmer und kalter Luft, um Energie zu gewinnen.
Solarkocher und Solaröfen: Sie nutzen die direkte Sonnenstrahlung, um Lebensmittel zu kochen oder zu backen. Sie verwenden reflektierende Materialien, um Sonnenlicht auf einen Punkt zu konzentrieren, wo ein Kochgefäß platziert wird. Die konzentrierte Wärme erhöht die Temperatur im Kochgefäß, um Speisen zu garen oder Wasser zu erhitzen, was eine umweltfreundliche und energieeffiziente Alternative zum Kochen bietet.
Solarballons: Bei Solarballons handelt es sich um eine innovative Nutzung der Solarenergie, bei der dünne, schwarz beschichtete Ballons verwendet werden, die Sonnenlicht absorbieren und die Luft im Inneren erwärmen. Die erwärmte Luft lässt den Ballon aufsteigen. Diese Technologie wird nicht nur für wissenschaftliche und meteorologische Zwecke genutzt, sondern kann auch zur Energiegewinnung erforscht werden, indem die aufsteigende Bewegung der Ballons genutzt wird, um über Seile oder andere Mechanismen Generatoren am Boden anzutreiben.

Solarenergie Deutschland: So viel Sonnenenergie kommt bei uns zum Einsatz

Der Ausbau der Solarenergie in Deutschland zielt darauf ab, bis 2030 mindestens 80 Prozent des Strombedarfs durch erneuerbare Quellen zu decken, wobei Wind- und Solarenergie eine führende Rolle spielen.

Zum Ende des Jahres 2022 waren in Deutschland rund 2,6 Millionen Solaranlagen mit einer Gesamtleistung von etwa 66 Gigawatt in Betrieb, was den Hauptanteil der erneuerbaren Energieerzeugung ausmachte. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) 2023 hat die Bedingungen für die Nutzung von Solarenergie verbessert und entscheidende Schritte in Richtung Ausbau unternommen.

Für eine vollständige Versorgung mit erneuerbaren Energien muss die Photovoltaik in Deutschland erheblich erweitert werden. Laut EEG 2023 ist geplant, die Kapazität bis 2030 auf 215 GWp und bis 2040 auf 400 GWp auszubauen, wobei das Ziel für den jährlichen Nettozubau in den nächsten Jahren bei maximal 22 GWp liegt.

2022 wurde das von der Bundesregierung festgelegte Ausbauziel von 7 Gigawatt übertroffen, indem ein Nettozubau von 7,193 GWp, einschließlich der Rückbauten, registriert wurde, was einem Anstieg von 25,6 % gegenüber dem Vorjahr entspricht.

Die Entwicklungen in der deutschen Solarenergiebranche waren nicht immer stabil: Nach einem starken Anstieg der Photovoltaik-Leistung seit der ersten EEG-Novelle 2004, stagnierte das Wachstum zwischen 2010 und 2012. Ab 2012 sank die Nachfrage nach Photovoltaik um 80 %. Der Bundesverband Solarwirtschaft e.V. (BSW) führte dies auf die Verschlechterung der Rahmenbedingungen durch mehrere Änderungen des EEG zurück.

Die festgelegten Ausbauziele von 2,5 GW jährlich wurden in der Folgezeit oft nicht erreicht, bis sich die Situation ab 2018 verbesserte, als der Photovoltaik-Zubau auf fast 3 GW und 2019 auf fast 4 GW anstieg. Laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) trugen Solaranlagen im Jahr 2019 insgesamt 46,5 Terawattstunden zum deutschen Stromnetz bei, verglichen mit 38,6 TWh im Jahr 2017 und 27,9 TWh im Jahr 2012. Im Jahr 2021 wurden etwa 48,4 TWh erzeugt, wovon rund 44,6 TWh ins Netz eingespeist wurden. Die Photovoltaik trug im Jahr 2022 mit 60,8 TWh, was 11 % des Bruttostromverbrauchs entspricht, erheblich zur Stromversorgung bei und verdoppelte damit die Solarstromproduktion im Vergleich zu 2012. Trotzdem ist das Potenzial der Sonnenenergie in Deutschland immer noch lange nicht erschöpft.

Globale Nutzung der Solarenergie

2022 erreichte die globale Gesamtkapazität der installierten Photovoltaiksysteme etwa 1185 Gigawatt. 2023 kamen 243 Gigawatt an neuer Kapazität hinzu – ein Rekord in der Geschichte der Photovoltaikinstallationen. Die meisten neuen Solarenergieanlagen wurden in Asien in Betrieb genommen, wobei Europa und Nordamerika auf den folgenden Plätzen rangieren. Im Jahr 2022 betrug die Nennleistung der weltweit installierten Solarwärmeanlagen rund 542 Gigawatt mit einer ebenfalls steigenden Tendenz.

Die größten PV-Anlagen der Welt

Manchmal ist mehr eben doch mehr: Beispielsweise, wenn es um mehr Energie geht. Außerhalb von Europa finden sich beeindruckende Solarparks mit gewaltigen Kapazitäten. Hier präsentieren wir die fünf weltweit größten Solaranlagen:

5. Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park (Vereinigte Arabische Emirate) – 1.630 MW In Saih Al-Dahal, 50 Kilometer südlich von Dubai, erstreckt sich dieser Solarpark über 76 Quadratkilometer und verfügt über eine Leistung von 1,63 GW. Geplant ist eine Erweiterung auf 5 GW bis 2030. Der Park versorgt 270.000 Haushalte und spart jährlich 1,4 Millionen Tonnen CO₂ ein. Als Teil der Dubai Clean Energy Strategy 2050 strebt der von der Dubai Electricity & Water Authority betriebene Park an, bis 2050 75 Prozent des Energiebedarfs Dubais aus erneuerbaren Quellen zu decken.

4. Benban Solar Park (Ägypten) – 1.650 MW Mit einer Kapazität von 1,65 GW ist der Benban Solar Park in Assuan nicht nur Ägyptens, sondern auch Afrikas größter Solarpark. Überwacht von der New and Renewable Authority, steht dieser Park im Einklang mit Ägyptens nachhaltiger Energiestrategie für 2035. Die 90 Quadratkilometer große Anlage wurde 2019 fertiggestellt und beliefert über 420.000 Haushalte mit Strom.

3. Pavagada Solar Park (Indien) – 2.050 MW Im indischen Karnataka gelegen, breitet sich dieser Solarpark über 53 Quadratkilometer aus und verfügt über eine Leistung von 2,05 GW. Fertiggestellt im Dezember 2019 durch die Karnataka Solar Power Development Corporation, trägt der Park signifikant zur Energieversorgung Karnatakas bei, wo er 22 Prozent der Gesamtstromkapazität ausmacht.

2. Golmud Solar Park (China) – 2.200 MW In Golmud, Provinz Qinghai, befindet sich dieser Park mit einer Leistung von 2,2 GW. Errichtet von Huanghe Hydropower Development, ist der Solarpark, der rund 2,3 Milliarden Dollar kostete, der größte Chinas und wurde 2020 in Betrieb genommen.

1. Bhadla Solar Park (Indien) – 2.245 MW Als weltgrößter Solarpark erstreckt sich der Bhadla Solar Park über 57 Quadratkilometer in Rajasthans Jodhpur. Mit einer Kapazität von nahezu 2,25 GW wurde er 2017 fertiggestellt und beinhaltet mehr als 10 Millionen Solarmodule. Entwickelt in vier Phasen, nutzt der vom indischen Ministerium für Neue und Erneuerbare Energien geförderte Park die Hitze der Thar-Wüste für die Energiegewinnung.

Vor- und Nachteile von Solarstrom

Wie bei fast allen Technologien gibt es bei der Sonnenenergie Befürworter und Kritiker. Sowohl die vorgebrachten Vor- als auch die Nachteile sind dabei gerechtfertigt und können Aufschluss über die Chancen und Herausforderungen für einen weiteren Ausbau der Solarenergie liefern.

Vorteile der Solarenergie

Reduktion der Stromkosten: Durch die Nutzung von Solarenergie können die Stromkosten deutlich gesenkt werden, abhängig von der Größe des Solarsystems und der Nutzung des erzeugten Stroms. Ähnliches gilt für die Solarthermie, deren Kosten deutlich unter denen herkömmlicher Heizmittel liegen.
Klimafreundliche Energieerzeugung: Solarenergie erzeugt weder Emissionen, Lärm noch Gerüche und gilt als unendlich verfügbar im Vergleich zu fossilen Brennstoffen wie Erdgas oder Kohle. Die Gewinnung von Solarenergie benötigt nur Sonnenlicht und keine komplexen Maschinen oder Abbauverfahren, während im Betrieb keine CO₂-Emissionen anfallen.
Minimierung der CO₂-Emissionen: Da bei der Solarenergie keine Verbrennung notwendig ist, sind die CO₂-Emissionen sehr gering, etwa 50 Gramm pro Kilowattstunde, im Vergleich zu über 1.000 Gramm pro Kilowattstunde bei der Braunkohleverstromung. Der Einsatz von Solarstrom zum Aufladen von Elektroautos kann den CO₂-Ausstoß weiter reduzieren und die ökologische Bilanz verbessern.
Unabhängigkeit von Energieanbietern: Eigentümer von Solaranlagen gewinnen an Unabhängigkeit von den Netzbetreibern, da sie ihren eigenen Strom erzeugen und verbrauchen. Eine Photovoltaikanlage kann 25 bis 35% des Strombedarfs decken, und mit einem Speichersystem kann eine Selbstversorgungsquote von bis zu 80% erreicht werden, was vor Preisschwankungen schützt.
Langlebigkeit und geringer Wartungsaufwand: Solaranlagen haben eine Lebenserwartung von mindestens 20 Jahren, oft sogar 30 Jahre, und mit angemessener Wartung können sie bis zu 40 Jahre in Betrieb bleiben. Sie sind zudem weitgehend wartungsarm.

Nachteile der Solarenergie

Hohe Anfangsinvestitionen: Trotz sinkender Preise erfordern Solaranlagen eine signifikante Anfangsinvestition, besonders wenn zusätzliche Speichersysteme integriert werden.
Abhängigkeit von Wetterbedingungen: Die Effizienz von Solarenergie ist wetterabhängig, mit reduzierter Leistung bei schlechtem Wetter oder im Schatten.
Saisonale Unterschiede: Die Solarstromproduktion ist saisonabhängig, mit dem Großteil des Ertrags zwischen März und Oktober, was im Winter zu einer geringeren Produktion führt.
Bedarf an großer Installationsfläche: Für die Installation starker Solaranlagen ist viel Platz erforderlich, was in dicht bebauten Gebieten eine Herausforderung darstellen kann.
Limitierte Speicherfähigkeit: Oft werden Stromspeicher genutzt, um den aus der Energie der Sonnenstrahlung gewonnenen Strom für die spätere Nutzung zu konservieren. Obwohl Fortschritte in der Technologie erzielt wurden, ist die Kapazität zur Speicherung von Solarstrom jedoch noch immer begrenzt.

Wo wird Solarenergie genutzt? Fazit

Die Nutzung der Sonnenenergie steht im Zentrum der globalen Energierevolution. Durch die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mittels Photovoltaikzellen und in Wärme durch Solarthermie, hat sich Solarenergie als Schlüsseltechnologie für eine nachhaltige Zukunft etabliert. Der signifikante Anstieg der installierten Kapazitäten weltweit, getrieben von technologischen Innovationen, fallenden Kosten und einem steigenden Bewusstsein für die Umweltproblematik, unterstreicht die wachsende Bedeutung der Solarenergie in der globalen Energielandschaft.

Die Nutzung von Solarenergie ist vielfältig und reicht von groß angelegten Solarparks bis hin zu kleineren, dezentralen Installationen, die in städtischen wie ländlichen Gebieten zu finden sind. Die weltweite Führungsrolle übernehmen Länder wie China und die USA, gefolgt von aufstrebenden Märkten in Europa und Asien, die die solare Kapazität stetig ausbauen.

Die Entwicklungen in Deutschland zeigen, dass Solarenergie nicht nur zur Stromversorgung beiträgt, sondern auch erhebliche wirtschaftliche und ökologische Vorteile bietet, indem sie die Energiekosten senkt, die CO₂-Emissionen minimiert und die Unabhängigkeit von traditionellen Energieversorgern erhöht. Die Ziele für den Ausbau der Solarenergie sind ambitioniert und spiegeln das Engagement wider, den Anteil erneuerbarer Quellen an der Energieversorgung deutlich zu steigern.

Die Solarenergie spielt weltweit eine entscheidende Rolle. Mit ihrer Fähigkeit, saubere, kosteneffiziente und nachhaltige Energie zu liefern, ist sie eine der wichtigsten Säulen der Energiewende und ein wesentlicher Faktor im Kampf gegen den Klimawandel.

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Carina Dietze

Carina Dietze ist Journalistin, Autorin und Übersetzerin. In ihrer Arbeit verbindet sie ihr Interesse an Nachhaltigkeit mit ihrer Leidenschaft für das Schreiben. Neben ihrer Arbeit für Erneuerbare Energien Aktuell schreibt sie auch regelmäßig für namhafte deutsch- und englischsprachige Medien über Themen wie die Energiewende, Elektromobilität und damit zusammenhängende lokale wie weltpolitische Entwicklungen.