Sonnenenergie | Mensch-Erde-Universum

Der Anteil der Solarenergie an der gesamten Energieproduktion steigt rasant: Die Stromerzeugung durch Sonnenenergie hat in den letzten zehn Jahren weltweit um mehr als den Faktor 25 zugenommen. In manchen Ländern macht Solarenergie bereits über 20 Prozent der gesamten jährlichen Stromversorgung aus.

In Deutschland waren es für 2021 über 8 Prozent und 2022 bereits über 10 Prozent. Viele der führenden Industrienationen wie USA, Deutschland und die EU wollen den Anteil an Solarstrom in den kommenden Jahren noch deutlich weiter erhöhen. Und auch in den bevölkerungsreichsten Ländern der Welt, China und Indien, wird der Ausbau der Solarenergie stark vorangetrieben.

Solarzellen (Photovoltaik) und Sonnenkollektoren (Thermische Solaranlagen) sind ein Hauptpfeiler bei der Energiewende und dem Ausstieg aus der Nutzung fossiler Brennstoffe. Damit spielen sie auch eine wichtige Rolle bei der Abschwächung der Folgen des Klimawandels.

In diesem Artikel geben wir einen Überblick zum aktuellen Stand der Nutzung von Solarenergie. Dabei gehen wir unter anderem auf diese Punkte und Fragen ein:

Wie hoch ist der Anteil der Solarenergie an der gesamten Energieproduktion?
Welche Ziele haben Deutschland, die EU, die USA und weitere Staaten bezüglich des Ausbaus der Solarenergie?
Welche Solar-Projekte sind in Deutschland, Europa und weltweit geplant?

Auch fassen wir die physikalischen und technischen Grundlagen für die Nutzung der Sonnenenergie zusammen:

Wie wird Strom und Energie aus Sonnenstrahlung erzeugt?
Wie funktionieren Solarzellen?
Durch welche Entwicklungen der letzten Jahre konnte die Effizienz der Photovoltaikmodule deutlich gesteigert werden?
Welche weiteren Entwicklungen sind für die Zukunft zu erwarten?

Die Kapitel im Überblick

Solarenergie: Definition

Unter dem Begriff Solarenergie versteht man die Nutzung der Sonnenenergie als Energiequelle. Dabei kann die Energie, welche die Erde durch die Sonnenstrahlung empfängt, auf verschiedene Arten genutzt werden. Die beiden wichtigsten Methoden zur Energiegewinnung aus Sonnenstrahlung sind:

Photovoltaik: Durch den photoelektrischen Effekt in halbleitenden Materialien (vor allem Silizium) wird die Strahlung der Sonne in elektrischen Strom umgewandelt. Die hierfür benötigten Photovoltaikmodule oder Solarzellen können auf Dächern von Häusern verbaut werden, oder großflächig in sogenannten Solarparks aufgestellt werden. Die größten Solarparks liefern inzwischen mehr Energie als Atomkraftwerke.
Thermische Solaranlagen (Solarthermie): Solare Wärmekraftwerke erzeugen Strom, indem die Sonnenenergie zunächst zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt wird. Dies geschieht meist durch eine Flüssigkeit, welche durch konzentrierte, gebündelte Sonnenstrahlung auf sehr hohe Temperaturen aufgeheizt wird und die Wärme dann an das Wasser abgibt. Der dabei entstehende Wasserdampf treibt wie im klassischen Wärmekraftwerk Turbinen an, welche in einem Generator elektrischen Strom erzeugen.

Sonnenenergie: Photovoltaik und Solarthermie

Des Weiteren kann die Sonnenenergie auch zur Wärmegewinnung und Wärmespeicherung genutzt werden. Dies geschieht zum Beispiel durch Sonnenkollektoren oder moderne Solararchitektur. Auch Photosynthese, also der Aufbau von Kohlenhydraten aus Wasser und Kohlendioxid bei gleichzeitiger Produktion von Sauerstoff, erfolgt durch Nutzung von Sonnenenergie.

Sonnenenergie: wichtigste Fakten im Überblick

Solarenergie ist jetzt die günstigste Stromquelle

Aufgrund der hohen Produktionskosten für die Solarzellen war Sonnenenergie lange Zeit die teuerste Form unter den erneuerbaren Energien. Seit Ende 2020 gilt die Sonnenenergie jedoch als günstigste Form der Energiegewinnung, und ist damit günstiger als die Nutzung fossiler Brennstoffe und auch als Kernenergie.

Hauptgrund hierfür sind die modernen, effizienteren Photovoltaikmodule, welche den Wirkungsgrad mehr als verdoppelt haben. Auch die Produktionskosten für Solarmodule sind deutlich gefallen. Beide Entwicklungen haben dazu beigetragen, dass Solarenergie inzwischen die günstigste Methode zur Stromerzeugung ist.

Die folgende Abbildung zeigt die Kosten für Photovoltaik-Module in US-Dollar pro Watt im Zeitraum von 1975 bis 2021 (orange Kurve). Man sieht, dass der Preis von ca. 115 Dollar im Jahr 1975 auf etwa 10 Dollar pro Watt im Jahr 1990 gefallen ist. 2021 kosteten Photovoltaik-Module nur noch ca. 0,25 Dollar pro Watt.

Preis von Solarenergie pro Watt (orange Kurve) und weltweit installierte Kapazität von Photovoltaik-Solaranlagen (blaue Kurve) von 1975 bis 2021. Daten: IRENA

Die fallenden Preise für Solarenergie haben dazu geführt, dass weltweit im gleichen Zeitraum zunehmend Solaranlagen installiert wurden (blaue Kurve in der Abbildung). So stieg die Kapazität von etwa 8 Megawatt im Jahr 1980 auf ca. 1.100 Megawatt im Jahr 2000 an. 2010 waren es bereits ca. 40.000 Megawatt und 2021 waren weltweit Solarmodule mit einer Kapazität von mehr als 840.000 Megawatt installiert.
Siehe hierzu auch die Kapitel Anteil von Solarenergie an der Stromerzeugung und: Wie viel Energie wird durch Solarenergie erzeugt?

Solarenergie als Pfeiler der Energiewende

Der Ausbau der Sonnenenergie ist auch ein wichtiger Grundpfeiler für die Energiewende und zum Erreichen von Klimaneutralität. Um von fossilen Energieträgern auf erneuerbare Energien umzusteigen, spielt Solarenergie neben Windenergie, Geothermie (Erdwärme) und Hydroenergie (Wasserkraft) eine bedeutende Rolle.

Warum ist Solarenergie für die Energiewende und die Klimaziele so wichtig? Zusammengefasst kann man sagen:

Solarenergie ist günstig, inzwischen sogar die günstige Methode zur Stromerzeugung.
Solarenergie ist effizient und hat mit einen der größten Wirkungsgrade im Bereich der Stromerzeugung.
und Solarenergie ist notwendig, um die Auswirkungen des Klimawandels möglichst gering zu halten und eine Klimakatastrophe abzuwenden.

Dennoch macht Solarenergie immer noch nur einen relativ kleinen Anteil von der gesamten Energieerzeugung aus. Und viele Experten kritisieren, dass der Ausbau der Solarenergie viel zu langsam erfolgt.

im Folgenden schauen wir uns die Zahlen hierzu etwas genauer an.

Solarenergie und Klimaziele

Solarenergie macht für viele Staaten einen großen Anteil der erneuerbaren Energien aus. Auch für Deutschland ist Solarenergie, zusammen mit dem Ausbau der Windenergie, der wichtigste Pfeiler für die Energiewende.

Um die Klimaziele zu erreichen, müsste bis 2030 ungefähr 80 Prozent der Energieversorgung aus erneuerbaren Energien stammen.

Kann dies gelingen? Können die Staaten, welche am meisten Treibhausgase emittieren, den Ausbau der Solarenergie so schnell durchführen, dass die schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels verhindert werden können? Oder kommt der Ausstieg aus den fossilen Brennstoffen zu spät?

Die folgende Grafik zeigt, wie sich für einige Länder der Anteil der Solarenergie an der Stromproduktion in den Jahren 2000 bis 2022 entwickelt hat.