Solarenergie - Die Kraft der Sonne

Solarenergie basiert auf der kontinuierlichen Sonnenstrahlung, die die Erde täglich mit etwa 173.000 Terawatt an Energie versorgt – ein Vielfaches des derzeitigen weltweiten Energiebedarfs. Anders als fossile Energieträger, die über Jahrtausende entstehen, regeneriert sich die solare Strahlung täglich. Schätzungen der NASA zufolge wird die Sonne ihre Energie noch etwa 4,5 Milliarden Jahre lang liefern, was die nachhaltige Verfügbarkeit dieser Ressource unterstreicht.

Photovoltaikzellen, meist auf Siliziumbasis, wandeln Sonnenlicht direkt in Elektrizität um. Wenn Photonen auf die Halbleiterschichten treffen, werden Elektronen freigesetzt, die durch ein elektrisches Feld zu einem Stromfluss angeregt werden. Moderne PV-Module erreichen Wirkungsgrade zwischen 19% und 22%, wobei innovative Ansätze wie bifaziale Paneele – die Licht auf beiden Seiten einfangen – die Energieausbeute um bis zu 30% steigern können.

Solarthermische Anlagen nutzen die Sonnenwärme zur Erzeugung von Warmwasser und zur Heizungsunterstützung. Die Wärme wird durch Kollektoren aufgenommen und in einem Speicher zwischengelagert. CSP-Systeme (Concentrated Solar Power) nutzen Spiegel oder Linsen, um das Sonnenlicht zu bündeln und einen Wärmeträger – oft in Form von geschmolzenem Salz – auf hohe Temperaturen zu erhitzen. Diese Wärme wird dann zur Erzeugung von Dampf genutzt, der Turbinen antreibt.

Der Betrieb von Solaranlagen erfolgt nahezu emissionsfrei, was im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken zu erheblichen Einsparungen bei CO₂-Emissionen führt. Lebenszyklusanalysen zeigen, dass die CO₂-Bilanz von Solarstrom bis zu 95% günstiger ist als die fossiler Energieträger – Emissionen entstehen hauptsächlich in der Herstellung und dem Transport der Module. Dank stark gesunkener Preise – moderne Solarpaneele sind heute bis zu 60% günstiger und 40% effizienter als vor einem Jahrzehnt – amortisieren sich private und gewerbliche Anlagen oftmals innerhalb von 6 bis 10 Jahren.

Da die Sonneneinstrahlung tagsüber variiert und nachts vollständig ausbleibt, ist der Einsatz von Energiespeichern unabdingbar, um eine kontinuierliche Energieversorgung sicherzustellen. Aktuelle Lithium-Ionen-Batterien erhöhen zwar die Kosten pro kWh, jedoch sind Weiterentwicklungen wie Festkörper- und Flow-Batterien im Kommen, die längere Speicherdauern und geringere Kosten versprechen. Die Herstellung von PV-Modulen erfordert den Einsatz seltener Metalle wie Silber und Indium, was zu Versorgungsengpässen führen kann.

Die IEA rechnet damit, dass bis 2030 weltweit 5.500 GW neue erneuerbare Kapazitäten installiert werden, von denen 4.400 GW auf Solar-PV entfallen könnten. Insbesondere China führt den Ausbau an und trägt maßgeblich zu den globalen Installationszahlen bei, während auch Märkte in den USA, Indien und der EU stark wachsen. Zudem eröffnen sich in Afrika und Südostasien neue Chancen, da dort Finanzierungshürden zunehmend überwunden werden.