Solarenergie ist die Energie, die aus der Strahlung der Sonne gewonnen wird. Die Sonne ist 109-mal so groß wie der Planet Erde und circa 150 Millionen Kilometer von uns entfernt. Jeden Tag versorgt die Sonne uns mit ihren Sonnenstrahlen – auch an wolkigen Tagen, an denen sie nicht sichtbar ist. Die Strahlung der Sonne ist bereits eine Energie. Sie bewirkt die Photosynthese und ermöglicht uns und unserer Umwelt zu existieren. Da die Sonnenstrahlung sehr intensiv ist, wird nicht die gesamte Menge für die Pflanzen benötigt. Aus diesem Grund hat man schon 1877 damit begonnen, die Energie der Sonne anders zu nutzen.
Irdisch nutzbare Energie der Sonneneinstrahlung
Je nach dem Breitengrad und der Jahreszeit unterscheidet sich die Sonneneinstrahlung auf der Erde. Auch im Laufe des Tages variiert diese abhängig von der Uhrzeit. So ist tagsüber mehr Sonneneinstrahlung als am frühen Abend. Da jedoch auch abends von uns Strom und Energie verwendet wird, ist eine Speicherung der Sonnenstrahlung notwendig. Hierfür gibt es Photovoltaikanlagen, die am Haus oder auch auf Felder montiert werden und die Sonnenstrahlung für uns in Energie verwandeln.
[quads id=1]Photovoltaik – aus Sonnenstrahlen Solarenergie gewinnen
Photovoltaikanlagen bestehen aus verschiedenen Platten, die wiederum aus bis zu sechzig einzelnen Solarzellen bestehen, die miteinander verbunden sind. Um ein kleines elektronisches Gerät, beispielsweise einen MP3 Spieler, mit Energie zu versorgen, benötigt man etwa sieben solcher Zellen.
Doch was genau macht eine Photovoltaikanlage?
Das Wort „Photo“ stammt aus dem Griechischen und bedeutet „Licht“ – „Voltaik“ beinhaltet das Wort „Volt“ und ist eine Strom-Maßangabe.
In den Solarzellen wird beim Eintreten der Sonnenbestrahlung ein Gleichstrom erzeugt. Dieser wird in einen Wechselstrom verwandelt und wird in das Stromnetz geleitet, wo er für einen späteren Zeitpunkt gespeichert wird, wenn er nicht sofort in Energie verwandelt wird. Die gesamte Sonnenenergie ist nicht speicherbar. Einer einzelnen Solarzelle und ihren elektrischen Feldern gelingt lediglich die Umwandlung von vier bis zwanzig Prozent der Sonnenstrahlung in Energie. Stellt man sich vor, man könnte die gesamten Sonnenstrahlen eines Tages zu Solarenergie verwandeln, so würde dies den weltweiten Energiebedarf für die Dauer von acht Jahren decken. Somit bleibt also viel Sonnenenergie für die Photosynthese, die dafür sorgt, dass die Pflanzen CO2 in Sauerstoff verwandeln und wir Luft zum Atmen haben.
Wie funktioniert die Verwandlung von Sonnenstrahlen in Gleichstrom?
Die Zellen einer Photovoltaikplatte bestehen aus zwei unterschiedlichen Seiten. Man kann sich dies wie eine Batterie vorstellen, in der ein Plus- und ein Minuspol zu finden sind, nur dass sich auf der Platte nun auf der einen Seite negativ geladene und auf der anderen Seite positiv geladene Protonen befinden. Die darin befindlichen Elektronen der oberen Platte nehmen die Sonnenstrahlung auf und leiten diese von der negativen Protonenseite in Richtung Pluspol. Während dieser Bewegung entsteht eine elektrische Spannung, die dem Stromkreislauf zugefügt wird und somit als Energie für uns genutzt werden kann. Die elektrische Spannung wird dabei entweder in das Gerät eingespeist, oder, wenn sie nicht direkt genutzt wird, in das Stromnetz geleitet, wo sie später wieder abgerufen werden kann.
[quads id=2]Wieviel Solarenergie entsteht in einer Solarzelle durch die Bestrahlung der Sonne?
Eine einzelne Zelle verzeichnet ca. 0,5 Volt Spannung bei direkter Sonnenbestrahlung in der Mittagssonne, was 5 Ampere Strom entspricht, die wiederum für 2,5 Watt sorgen. Die Energie ist also relativ schwach, was dazu führt, dass die Zellen alle miteinander verbunden werden, damit eine konstante Energieversorgung sichergestellt ist.
Welche weiteren Aufgaben übernimmt die Sonne für unseren Planeten?
Die Sonnenenergie dient vor allem der Erwärmung der Erde und erfüllt eine der wohl wichtigsten Aufgaben für Mensch, Tier und Pflanze: Die Lichtenergie sorgt für die Photosynthese.
Außerdem hat die Sonne einen bedeutenden Einfluss auf Kreisläufe in unserer Umwelt. So wirkt die Strahlung sich auf Wasser und Luftdruck aus, was ebenfalls energetische Nutzen für die Menschen mit sich bringt. Durch das Lichtspektrum der Sonne dient nicht nur die direkte Sonnenstrahlung der Technologie, sondern auch die indirekte Sonneneinstrahlung spielt eine bedeutende Rolle, und beide Sonneneinwirkungen zählen zu den erneuerbaren Energien. Die Nutzung von erneuerbaren Energien spielt eine immer bedeutendere Rolle und deren Nutzung und weiterer Ausbau werden in vielen Ländern weltweit stark gefördert. Langfristig soll durch diese die Energiegewinnung durch Kernkraftwerke und Braunkohle reduziert bis hin zu ganz ersetzt werden.
Neben den Solarzellen der Photovoltaik, die den elektrischen Gleichstrom erzeugt, gibt es darüber hinaus auch Sonnenkollektoren und Sonnenwärmekraftwerke, die mithilfe der Sonneneinstrahlung in Verbindung mit Wasserdampf für elektrischen Strom sorgen. Diese Solarenergie gehört zum Bereich der Photothermik bzw. Solarthermie.
Was ist mit Solarenergie möglich?
Mit einer einzelnen kleinen Solarzelle ist es möglich, einen mit einer Glühbirne ausgestatteten Fußball zum Leuchten zu bringen. Dies geschieht ähnlich der Gartenlichter, die mit Solarzellen funktionieren, die sich tagsüber aufladen und am Abend, mit Beginn der Dämmerung, zu leuchten beginnen, bis ihre gespeicherte Solarenergie verbraucht ist. Diese Solarsysteme sind autonome Systeme, die keine Energievorräte für einen bestimmten Zeitpunkt speichern können, da sie nicht an einen Schaltkreis und ein Stromnetz angeschlossen sind.
[quads id=3]Worauf ist bei Photovoltaik zu achten?
Funktionierende Photovoltaikanlagen, die einen Nutzen für die Strom- und Energiegewinnung bringen, sollten mindestens 30 Quadratmeter groß sein und lassen sich beispielsweise auf dem Hausdach sehr gut montieren, da hier eine glatte Fläche ist, die direkt der Sonne zugewendet ist. Die effektivste Nutzung versprechen Solarzellen, wenn sie so geneigt werden, dass die Sonnenstrahlen in einem Winkel von dreißig Grad auf diese treffen.
Wer mit Photovoltaik arbeiten möchte und diese ausprobieren möchte, um das System besser zu verstehen, findet auch Erkundungspakete oder Hobbyplatten, die man direkt einsetzen kann, im Spielwarenfachhandel und Fachgeschäften.
Zusammenfassend ist festzuhalten: Solarenergie ist eine klimafördernde Energiegewinnung, die dafür Sorge trägt, dass unsere Umwelt erhalten bleibt und die Baum- und Waldrodung weiter reduziert werden kann, indem die vorhandene Sonneneinstrahlung in für uns nutzbare Energie verwandelt wird.