Wenn Du nur einen Artikel über Solarenergie lesen willst, dann diesen hier „Solarenergie in Kürze“. Solarenergie ist eine einfach nutzbare Energie, die von der Sonne in Form von elektrischer oder thermischer Energie erzeugt wird. Die Solarenergie wird auf verschiedene Weise genutzt, am häufigsten mit einem Photovoltaik-Solarmodulsystem (PV-System), das die Sonnenstrahlen in nutzbaren Strom umwandelt.
Neben der Nutzung von Photovoltaik zur Stromerzeugung wird Solarenergie auch häufig für Heizungszwecke genutzt, um Innenräume direkt oder über eine Zentralheizung indirekt zu erwärmen. Eigentümer von Wohn- und Gewerbeimmobilien können solare Warmwassersysteme installieren und ihre Gebäude so planen, dass sie passiv beheizt werden können, um die Sonnenenergie mit Hilfe der Solartechnik voll auszuschöpfen.
Bist Du daran interessiert, von der Solarenergie, oder genauer der Photovoltaik zu profitieren?
Solaranlagen werden in drei verschiedenen Größenordnungen installiert: für Privathaushalte, Gewerbebetriebe und Versorgungsunternehmen. Solaranlagen für Wohngebäude werden in der Regel auf Hausdächern oder auf Freiflächen (Freiflächenanlagen sind in der Schweiz allerdings fast nicht anzutreffen) installiert und haben je nach Größe der Immobilie oder des Grundstücks eine Leistung von ungefähr 5 bis 20 Kilowatt (kW). Dies entspricht einer belegten Fläche von grob 30 bis 150 Quadratmetern.
Gewerbliche oder industrielle Solarenergieprojekte werden in der Regel in größerem Umfang installiert als Solaranlagen für Wohngebäude. Obwohl die einzelnen Installationen in Bezug auf Größe und Kosten stark variieren können, dienen kommerzielle Solaranlagen einem einheitlichen Zweck: der Bereitstellung von Solarstrom vor Ort für das Gewerbe.
Bei Solarprojekten von Stromversorgungsunternehmen schließlich handelt es sich in der Regel um große Anlagen mit einer Leistung von mehreren Megawatt (MW, entspricht 1’000 Kilowatt), die eine große Anzahl von Stromkunden mit Photovoltaik-Strom versorgen.
Für einige Solarinteressenten, die aus Kostengründen oder aufgrund anderer Faktoren nicht in der Lage sind, eine Solaranlage auf ihrem Grundstück zu installieren, ist eine Bürgersolaranlage oder eine Solargenossenschaft eine praktikable Option, die Solarenergieprojekte mit privaten Verbrauchern verbindet. Gemeinschaftssolaranlagen werden in der Regel an einem zentralen Ort und nicht auf dem Grundstück eines einzelnen Kunden errichtet. Private können sich an einem Gemeinschaftssolarprojekt beteiligen, um viele der Vorteile der Solarenergie zu nutzen, ohne ein eigenes Grundstück zu besitzen oder ohne Solarmodule auf dem eigenen Grundstück zu installieren.
Wie funktionieren Solarmodule?
Ein Solarmodul besteht aus einer Schicht von Siliziumzellen, einem Metallrahmen, einem Glasgehäuse und einer Verkabelung zur Übertragung des elektrischen Stroms. (Zur Info: normaler Sand besteht aus Siliziumdioxid, Silizium ist also völlig ungefährlich). Silizium ist ein sogenannter Halbleiter mit (schwachen) leitenden Eigenschaften, die es ihm ermöglichen, Sonnenlicht zu absorbieren und in nutzbaren Strom umzuwandeln. Wenn Licht auf eine Siliziumzelle trifft, werden durch das Licht Elektronen im Silizium in Bewegung gesetzt, die einen elektrischen Stromfluss auslösen. Dies wird als „photovoltaischer Effekt“ bezeichnet und beschreibt die allgemeine Funktionsweise der Solarzellentechnologie.
Die Wissenschaft der Stromerzeugung mit Solarmodulen beruht auf diesem photovoltaischen Effekt. Er wurde erstmals 1839 von Edmond Becquerel entdeckt und kann als eine Eigenschaft bestimmter Materialien (bekannt als Halbleiter) betrachtet werden, die es ihnen ermöglicht, elektrischen Strom zu erzeugen, wenn sie dem Sonnenlicht ausgesetzt sind.
Der Prozess der Photovoltaik (oder des PV-Systems) läuft in den folgenden groben Schritten ab:
- Die Silizium-Photovoltaikzelle absorbiert die Sonnenstrahlung
- Wenn die Sonnenstrahlen auf die Siliziumzelle treffen, setzen sich die Elektronen in Bewegung und erzeugen einen elektrischen Stromfluss
- Drähte fangen diesen Gleichstrom auf und leiten ihn an einen sogenannten Wechselrichter weiter, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Da der Strom im Haushalt auch über Wechselstrom verteilt wird, kann der solare Wechselstrom in die Hausverteilung eingespeist werden.
Eine kurze Geschichte der Solarenergie
Im Jahr 1954 entwickelten die Bell Labs in den USA die erste industrielle Silizium-Photovoltaikzelle. Obwohl die Sonnenenergie bereits zuvor mit verschiedenen Methoden eingefangen und in nutzbare Energie umgewandelt worden war, wurde die Solarenergie erst nach 1954 zu einer brauchbaren Stromquelle für den Betrieb von Geräten über längere Zeiträume. Die ersten Solarzellen wandelten die Sonnenstrahlung mit einem Wirkungsgrad von 4 % in Strom um – zum Vergleich: Viele der heute erhältlichen Solarzellen können Sonnenlicht mit einem Wirkungsgrad von ca. 20 % und mehr in Strom umwandeln.
Obwohl sich die Solarenergie anfangs nur langsam durchsetzte, trugen eine Reihe von staatlichen Anreizen und Maßnahmen u.a. in der Forschung dazu bei, die Kosten der Solarenergie so weit zu senken, dass sie sich mehr und mehr durchsetzen konnte. Die ersten kommerziellen Produkte, die in grosser Stückzahl mit Solarenergie versorgt wurden, waren übrigens Taschenrechner.
Die Kosten der Solarenergie
Parallel zur Steigerung der Solareffizienz sind die Kosten für Solarmodule erheblich gesunken. Allein in den letzten zehn Jahren sind die Kosten für die Installation von Solarmodulen um 60 Prozent und mehr gesunken. Viele Branchenexperten gehen davon aus, dass die Preise auch in den kommenden Jahren weiter sinken werden.
In verschiedenen Ländern gibt es unterschiedliche Anreize, um der Photovoltaik zum weiteren Durchbruch zu verhelfen. In der Schweiz wurde die Solarenergie und weitere erneuerbare Stromproduktionen mit der sogenannten Kostendeckenden Einspeisevergütung (KEV) unterstützt. Dieses Instrument wurde mittlerweile weitestgehend durch die sogenannte Einmalvergütung (EIV) abgelöst. Danach erhalten Solaranlage eine einmalige Unterstützung in Höhe von knapp einem Drittel der Gesamtkosten. Eine genauere Übersicht über die Kosten und Einnahmen von Photovoltaikanlagen erhältst Du hier.
Solarenergie ist eine erneuerbare Energiequelle
Solarenergie ist eine erneuerbare und kostengünstige Energiequelle, die fast überall auf der Welt genutzt werden kann. Jeder Ort, an dem Sonnenlicht auf die Erdoberfläche trifft, ist ein potenzieller Standort für die Erzeugung von Solarstrom. Und da Solarenergie von der Sonne kommt, ist sie eine praktisch unbegrenzte Energiequelle. Erneuerbare Energietechnologien erzeugen Strom aus Ressourcen, die unendlich sind. Dies im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen deren Verfügbarkeit endlich ist. Es hat Hunderttausende von Jahren gedauert, bis Öl, Gas und Kohle entstanden sind. Jedes Mal, wenn eine dieser Ressourcen verbrannt wird, werden die Reserven unwiederbringlich kleiner.
Die Nutzung einer erneuerbaren Energiequelle – wie Sonnen-, Wind- und Wasserkraft – zur Stromerzeugung führt nicht zur Erschöpfung dieser Ressource. Es wird immer gleichmäßig Sonnenlicht auf die Erdoberfläche scheinen, und nachdem das Sonnenlicht in Strom umgewandelt wurde, gibt es immer noch unendlich viel Sonnenlicht, das in der Zukunft in Strom umgewandelt werden kann. Das macht die Solarenergie von Natur aus zu einer erneuerbaren Energie.
Der derzeitige Strommix der Schweiz kommt grösstenteils ohne CO2-Emissionen aus. Allerdings sollen nach dem Volksentscheid zur Energiestrategie 2050 keine neuen Atomkraftwerke mehr gebaut werden. Die wegfallenden Kapazitäten (sowie der zunehmende Bedarf durch Bevölkerungswachstum, Elektromobilität und Wärmeerzeugung) sollen durch erneuerbare Energien gedeckt werden. Dabei kommt der Solarenergie eine Schlüsselrolle zu.
Solltest Du Dich für eine Solaranlage entscheiden?
Wenn es um die Installation von Solarmodulen und den Wechsel zu einer umweltfreundlichen Energiequelle geht, gibt es kein Pauschalrezept. Es gibt mehrere Faktoren, die zu berücksichtigen sind, um festzustellen, ob das eigene Haus oder Unternehmen für eine Solaranlage in Frage kommt. Wenn Du Dich für eine Solaranlage entscheidest, solltest Du Dir zumindest Fragen stellen wie „Wie hoch sind meine Stromkosten?“, „Was für ein Haus bewohne ich, und gehört es mir?“ und „Ist mein Dach für eine Solaranlage geeignet? Ist es alt, wie groß ist es, wie ist der Winkel, die Ausrichtung, usw.“.
Die vielleicht wichtigste Frage ist die erste: Je mehr Strom Du verbrauchst und je mehr Du dafür bezahlst, desto mehr kannst Du durch eine Solaranlage profitieren. Wenn Du hingegen in einem Mehrfamilienhaus wohnst, ist es viel schwieriger, eine Solaranlage zu installieren, als wenn Du ein Einfamilienhaus besitzt. Und schließlich ist das ideale Dach für eine Solaranlage eines, das in gutem Zustand ist, nach Osten, Süden oder Westen ausgerichtet ist und viel direktes Sonnenlicht erhält, d.h. möglichst selten im Schatten liegt. Natürlich trifft diese optimale Situation nicht auf jeden Fall zu. Aber auch mit «halb-optimalen» Zuständen sind gute Solarstromerträge möglich. Lies dazu auch unseren Artikel, inwiefern Solaranlagen für Dich geeignet sind.
Solarenergie + Batteriespeicher, Elektrofahrzeuge und mehr
Die rasante Verbreitung der Solarenergie verläuft parallel zum Wachstum in mehreren angrenzenden Bereiche. Insbesondere Energiespeichersysteme (Batterien) und Elektrofahrzeuge sind zwei Sektoren, die sich neben der Solarenergie explosionsartig entwickelt haben und weiter werden, da sie die Vorteile der Solarenergie noch verstärken.
Da Solarmodule nur dann Strom erzeugen können, wenn die Sonne scheint, gewinnt die Speicherung der tagsüber erzeugten, aber ungenutzten Energie für eine spätere Nutzung zunehmend an Bedeutung. Solarbatterien zum Beispiel speichern Strom und können in Zeiten fehlender Sonneneinstrahlung genutzt werden. Mit Batterien kann also eine höhere Strom-Autarkie erreicht werden. Allerdings sind Batterielösungen im Moment noch in einem Preisbereich, der ihn in vielen Situationen unrentabel erscheinen lässt. Mit den immensen Anstrengungen, Batterien für Elektrofahrzeuge in grossem Massstab zu produzieren, wird jedoch allgemein mit weiter stark sinkenden Kosten in den nächsten Jahren gerechnet.
Auch von Elektrofahrzeuge wird in den nächsten Jahren eine weitere rasante Absatzsteigerung erwartet. Mit geringeren Wartungskosten, niedrigeren Kraftstoffkosten und einem geringeren ökologischen Fußabdruck als herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor werden Elektrofahrzeuge in den kommenden Jahren ein wichtiger Bestandteil der Automobilindustrie sein. Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen steigt auch der Bedarf an Elektrizität für den Betrieb der Fahrzeuge – eine perfekte Voraussetzung für Solarenergie. Dezentrale Solaranlagen liefern günstigen Strom für Elektrofahrzeuge direkt von der Sonne. Mit der zunehmenden Elektrifizierung der Haushalte ist die Solarenergie eine der kostengünstigsten, zuverlässigsten und nachhaltigsten Möglichkeiten, unsere elektrifizierte Zukunft zu versorgen.