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Sonnen|energie,

 

Solar|energie, in der Sonne durch Kernfusion freigesetzte und von ihr abgestrahlte Energie. Sie bildet die Grundlage für das irdische Leben und ist die maßgebliche Quelle für die vielfältigen auf der Erde stattfindenden physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse. Mit Ausnahme der geothermischen Energie, die durch Zerfallsprozesse im Erdinneren entsteht, und der durch die Planetenbewegung (Gravitationskraft zwischen Erde und Mond) verursachten Gezeitenenergien beruhen fast alle der Nutzung durch den Menschen zur Verfügung stehenden Energieformen auf der Sonnenenergie. Dies gilt in direkter und indirekter Linie für die solare Einstrahlung, aber auch für die Wasserkraft (die Sonnenenergie wirkt über die Verdunstungsprozesse als Motor für den irdischen Wasserkreislauf), die Nutzungsmöglichkeiten von biogenen Energieträgern (Sonnenenergie ist die Antriebsquelle für den Wachstumsprozess von Pflanzen), die Windenergie (die unterschiedliche Erwärmung von Luftschichten führt zu Druckunterschieden und damit letztlich zur Entstehung von Winden) sowie die hieraus resultierende Wellenbewegung und Meeresströmung. Nicht zuletzt ist sie auch der Ursprung für die der Menschheit zur Verfügung stehenden fossilen Energieträger, d. h. Kohle, Öl und Erdgas, die sich im Laufe von vielen Millionen Jahren aus abgestorbener Biomasse gebildet haben und heute mit einem Anteil von über 80 % die Hauptsäule der globalen Energieversorgung darstellen.

 

 Natürliche Grundlagen

 

Die natürlichen Fusionsprozesse im Inneren der Sonne führen zu einer Erwärmung auf Temperaturen, die im Sonnenzentrum bis zu 16 Mio. K und an der Sonnenoberfläche im Mittel 5 700 K betragen. Die Sonne wirkt hierdurch als ein riesiger Strahlungskörper, der große Energiemengen freisetzt und in den Weltraum abstrahlt. Betrachtet man die Sonne als idealen Strahlungskörper (schwarzer Strahler), beträgt die Strahlungsleistung 3,88 · 10²⁶W. Die jährliche Energieabgabe beträgt etwa 3,4 · 10²⁷ kWh (1 kWh = 3,6 MJ). Bei einem mittleren Abstand der Sonne zur Erde von 149,6 Mio. km entfallen auf die äußere Erdatmosphäre jährlich rd. 1,5 · 10¹⁸ kWh. Dies entspricht einer Solarstrahlungsleistung von 1,368 kW/m²; den Wert bezeichnet man auch als Solarkonstante. Der für den Menschen sichtbare Anteil dieser Strahlungsenergie beträgt etwa 37 %, 14 % fällt als ultraviolettes (UV) und der überwiegende Anteil von 49 % als infrarotes (IR) Licht an.

 

Die Strahlungsenergie gelangt nicht ungestört auf die Erdoberfläche. Durch Streu- und Absorptionsprozesse beim Durchgang durch die Erdatmosphäre wird ein Teil der von der Sonne ausgehenden Strahlung gebunden. Rd. 25 % der Sonnenstrahlung werden vor allem durch Ozon und Wasserdampf in der Atmosphäre im UV-Spektralbereich vor dem Auftreffen auf der Erde gebunden und in fühlbare Wärme umgesetzt. Neben der Absorption von Strahlung ist auch deren Reflektion zu beachten. Etwa 30 % der eintreffenden Solarstrahlung werden in den Weltraum zurückgestrahlt (26 % durch Wolken und Aerosole und 4 % direkt durch die Erdoberfläche). Sie stehen auf der Erde für die Energienutzung nicht zur Verfügung. Darüber hinaus wird ein großer Teil der UV-Strahlung (etwa 3 % der Gesamtstrahlung) von der Ozonschicht in der Stratosphäre, d. h. der über der Erdatmosphäre liegenden Luftschicht, ausgefiltert. Die auf der Erdoberfläche auftretende kurzwellige energiereiche Strahlung wird in Form von langwelliger Wärmestrahlung im infraroten Spektralbereich wieder von der Erde ins Weltall abgestrahlt und dort zu Teilen absorbiert. Verantwortlich hierfür sind die in der Atmosphäre vorkommenden natürlichen Treibhausgase (z. B. Kohlendioxid). Die beschriebenen Prozesse tragen dazu bei, dass sich auf der Erdoberfläche eine Temperatur einstellt, die Leben ermöglicht. Ohne diese Prozesse würde auf der Erde eine Strahlungsgleichgewichtstemperatur von —18 ºC herrschen. Tatsächlich liegt die mittlere Erdtemperatur aber bei +15 ºC. Die resultierende Temperaturdifferenz von 33 K bezeichnet man daher auch als den natürlichen Treibhauseffekt. Von diesem ist der so genannte anthropogene Treibhauseffekt zu unterscheiden, d. h. eine heute zu beobachtende weitere Erwärmung der Erde infolge einer steigenden Konzentration klimarelevanter Spurengase in der Atmosphäre. Ursächlich hierfür ist das menschliche Handeln und v. a. die Verbrennung fossiler Energieträger sowie die Brandrodung der tropischen Regenwälder. Die Klimawissenschaftler schätzen den seit Beginn der Industrialisierung Mitte des letzten Jahrhunderts anthropogen bedingten zusätzlichem Erwärmungseffekt bis heute auf 0,6 bis 0,7 ºC und erwarten eine weitere Erwärmung um 1,5 bis 6,5 ºC, wenn nicht schnell wirksame Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Die zunehmende Häufung von Stürmen und extremen Wetterlagen werden als empirische Hinweise auf den Treibhauseffekt angesehen, auch wenn ein vollständiger wissenschaftlicher Nachweis bisher nicht erbracht werden kann. Die Tatsache, dass sieben der zehn heißesten Jahre des 20. Jahrhunderts in den 1990er-Jahren aufgetreten sind, wird als weiteres Indiz aufgefasst.

 

Letztlich sind nur etwa 45 % der von der Sonne ausgehenden Energiemenge auf der Erdoberfläche (7,1 · 10¹⁷ kWh/Jahr) theoretisch nutzbar. Dennoch entspricht dies mehr als dem 7 000fachen des derzeitigen gesamten Energieverbrauchs auf der Erde (1997: 398,4 EJ = 110,7 · 10¹² kWh).

 

Die Sonnenenergie bestimmt den Wärmehaushalt der Erde. Der größte Anteil (45 %) der zur Verfügung stehenden Sonnenenergie wird in Umweltwärme überführt, d. h., er erwärmt die Luft, den Boden und das Wasser. Etwa 21 % der auf die Erde treffenden Solarstrahlung führen dabei zur Verdunstung von Wasser. Nur rd. 2,5 % der Energiemenge sind für die Entstehung von Winden verantwortlich. Durch diese natürlichen Vorgänge kommt es zu weiträumigen Austauschprozessen von Energie. Energie- und Wassermengen werden über große Entfernungen transportiert und steuern hierdurch das Klimasystem der Erde. Nur ein sehr geringer Anteil der eingestrahlten Energiemengen wird auf der Erde durch Photosynthese zur Bildung von Biomasse benötigt. Dabei wird unter Sonneneinstrahlung in pflanzlichen Zellen mithilfe von Farbstoffmolekülen (Chlorophyll) Wasser gespalten (Photolyse) und der dabei entstehende Wasserstoff mit dem Kohlendioxid der Luft zu organischem Material verbunden. Hierdurch wird Sauerstoff freigesetzt, sodass die Sonnenenergie letztlich auch maßgeblich ist für den Sauerstoffhaushalt der Erde und damit die Existenz allen irdischen Lebens.

 

Die Sonnenenergie ist nach irdischen Maßstäben nicht erschöpfbar. Sie und die aus ihr direkt beziehungsweise indirekt abgeleiteten Energieformen werden daher als erneuerbare Energien bezeichnet. Die Vorräte an fossilen Energieträgern und Uran sind dagegen begrenzt. Die heute sicher nachgewiesenen und mit den bekannten Technologien gewinnbaren konventionellen Energiereserven belaufen sich auf insgesamt 32 400 EJ, das entspricht mehr als 1 100 Mrd. t SkE (1 t SkE = 8,14 kWh), das sind nur 1,5 % der jährlich auf die Erde auftreffenden Strahlungsenergie. Mit 51 % ist der größte Anteil davon Kohle (Braun- und Steinkohle), 18 % nimmt konventionelles Erdöl, 11 % unkonventionelles Erdöl (z. B. Ölschiefer), 16 % Erdgas und nur knapp 4 % Uran ein. Beim gegenwärtigen weltweiten Verbrauch würden diese Reserven für Steinkohle noch 150, Braunkohle 63, Erdöl 44, Erdgas 68 und Uran 50 Jahre reichen. Die statische Reichweite der fossilen Energieträger ist damit vergleichsweise gering. Man stimmt heute darin überein, dass über die sicher gewinnbaren Reserven hinaus weitere Vorräte bestehen. Diese Ressourcen werden insgesamt auf 9 550 Mrd. t SkE geschätzt, also fast das 9fache der sicher gewinnbaren Reserven. Ein großer Teil davon liegt in Form von so genannten Gashydraten vor (in den Tiefen der Ozeane und in den Permafrostböden an Wasser gebundenes Methan). Ob und wann eine Nutzung dieser Vorkommen überhaupt sicher möglich sein wird, ist heute noch ungewiß.

 

Die gesamte auf die Erdoberfläche treffende Solarstrahlung bezeichnet man als Globalstrahlung. Sie setzt sich aus einem direkten und einem diffusen Strahlungsanteil zusammen. Das Verhältnis von Direkt- zu Diffusstrahlung ist v. a. abhängig vom Bewölkungsgrad (unterliegt also ständigen Schwankungen) sowie der geographischen Lage. In Deutschland etwa überwiegt, besonders in den Wintermonaten, der diffuse Strahlungsanteil. Im Jahresdurchschnitt beträgt die Globalstrahlung auf der Erdoberfläche etwa 200 W/m², im gesamten Jahresverlauf führt dies zu einer Einstrahlung von 1 750 kWh/m². In ariden beziehungsweise subariden Gebieten der Erde treten Einstrahlungswerte von mehr als 2 300 bis 2 600 kWh/m² auf. Demgegenüber entfallen auf Mitteleuropa nur Werte von 900 bis 1 200 kWh/m². Die technisch nutzbaren Potenziale der Sonnenenergie belaufen sich auf weltweit mindestens mehr als 3,0 · 10¹⁴ kWh und liegen damit mehr als dreimal so hoch wie der derzeitige globale Primärenergieverbrauch.

 

Auch die aus der Sonnenenergie abgeleiteten Energieformen Windenergie und Wasserkraft weisen sehr hohe Nutzungspotenziale auf. Von der insgesamt jährlich auf die Erdatmosphäre einfallenden Solarstrahlung werden etwa 3,9 · 10¹⁶ kWh (d. h. 2,5 %) in kinetischer Energie umgewandelt, die als Luftströmungen (Wind) bemerkbar wird. Die zur Verfügung stehende Windenergie kann technisch mit Konvertern (Windenergiekonvertern) zur Stromerzeugung genutzt werden. Weltweit wird dieses Stromerzeugungspotenzial auf 2,5-5,2 · 10¹³ kWh geschätzt, d. h., theoretisch könnte die Hälfte des derzeitigen globalen Primärenergieverbrauchs durch Windenergie gedeckt werden. Während in der Anfangszeit der modernen Windenergienutzung aufgrund der Windhöffigkeit v. a. Küstengebiete genutzt wurden, sind in der letzten Zeit trotz der zum Teil deutlich schlechteren Windverhältnisse in verstärktem Maße auch Binnenstandorte für die Stromerzeugung aus Windenergie erschlossen worden. Möglich wurde dies durch zunehmend effizientere und mit höheren Türmen und größeren Rotoren ausgerüstete Windkraftwerke. Noch unausgeschöpft sind in Deutschland die Nutzungsmöglichkeiten der Windenergie vor der Küste (Offshoreanlagen). Während in Dänemark schon zahlreiche Anlagen in Betrieb sind und die hervorragenden Windbedingungen nutzen, scheiterten die Bemühungen in Deutschland bisher v. a. an unklaren rechtlichen Regelungen. Bis 2005 sollen aber auch hier erste Offshore-Windparks in Betrieb gehen.

 

Durch Niederschläge (nach zuvor erfolgten Verdunstungsprozessen) und das Abschmelzen von Schnee/Eis wird dem Wasserkreislauf potenzielle Energie zugeführt. Über Laufwasser- und Speicherwasserkraftwerke kann diese für die Energieerzeugung genutzt werden. Das weltweite Nutzungspotenzial beträgt 1,3 - 2,0 · 10¹³ kWh. Mit rd. 6 % trägt die Wasserkraft heute bereits nennenswert zur weltweiten Energieversorgung bei, ihr Anteil an der weltweiten Stromerzeugung liegt sogar bei etwa 19 %. Im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energien ist der Nutzungsstand der Wasserkraft damit bereits sehr hoch, dennoch sind noch sehr große Potenziale unausgeschöpft. In Deutschland allerdings sind heute schon rd. 75 % der verfügbaren Potenziale umgesetzt.

 

 Nutzungsmöglichkeiten der Sonnenenergie

 

Die Sonnenenergie kann vielfältig genutzt werden. Die heute bekannten und größtenteils bereits erprobten Technologien ermöglichen z. B. sowohl eine Nutzung zur Stromerzeugung als auch zur Wärmebereitstellung.

 

Hinsichtlich der Sonnenenergienutzung günstige oder ungünstige Standorte unterscheiden sich aber nicht nur bezüglich der eintreffenden Globalstrahlung, sondern auch nach der Anzahl der Sonnenstunden und dem Verhältnis zwischen direkter und diffuser Strahlung. Große Teile Südamerikas und Afrikas südlich der Sahara sowie ganz Südasien weisen zwar eine hohe jährliche Einstrahlung auf, jedoch mit einem so hohen diffusen Anteil, dass dort nur Nutzungsformen der Sonnenenergie angewendet werden können, die auch Diffusstrahlung ausschöpfen (z. B. Photovoltaik, Aufwindkraftwerke). Systeme, die auf der Konzentration von Sonnenlicht basieren und nur den direkten Strahlungsanteil nutzen können, sind hier nicht einsetzbar.

 

Bei der Nutzung der Sonnenenergie unterscheidet man auch zwischen der direkten und indirekten Form. Bei den direkten Nutzungsmöglichkeiten wird die Sonnenenergie ohne wesentliche zeitliche Verzögerung direkt in Nutzenergie oder Elektrizität umgewandelt. Bei den indirekten Nutzungsoptionen wird sie auf natürliche Wege zunächst in Wind- oder Wellenenergie, Wasserkraft, oberflächennahe Erdwärme beziehungsweise Biomasse (d. h. pflanzliche Brennstoffe) umgesetzt und dann in anderen Nutzungsformen umgewandelt. Diese Nutzungsformen bezeichnet man auch als aktive Nutzung der Sonnenenergie. Hierfür sind technische Hilfsmittel notwendig. Davon unterschieden wird die passive Nutzung der Sonnenenergie, unter der man die dem jeweiligen Klima angepasste Gestaltung von Gebäuden (Solararchitektur) zusammenfasst. Außerdem unterscheidet man zwischen den zentralen und dezentralen Nutzungsformen der Sonnenenergie. Letztere erfolgt verbrauchernah, während die Ersteren auf Großkraftwerke fixiert sind.

 

Die Wärmeerzeugung aus Sonnenenergie erfolgt im Wesentlichen auf der Basis solarthermischer Niedertemperaturkollektoren. Nach den Stromerzeugungsmöglichkeiten unterteilt man zwischen solarthermischen Kraftwerken (z. B. konzentrierende Parabolrinnen oder fokussierende Spiegel), die das Sonnenlicht zunächst in Hochtemperaturwärme umsetzen (über einen konventionellen Dampfkreislauf wird dann Strom erzeugt), Solarzellen (photovoltaische Stromerzeugung), die Strom direkt über die Ausnutzung des Photoeffektes in Halbleitern bereitstellen, und Aufwindkraftwerken.

 

Die Nutzung solarthermischer Kraftwerke, die hohe Direktstrahlungsanteile erfordert, beschränkt sich gegenwärtig weitgehend auf die seit Mitte der 80er-Jahre in Kalifornien im kommerziellen Einsatz befindlichen LUZ-Anlagen (mit einer insgesamt installierten Leistung von 350 MW). Seit ihrer Inbetriebnahme versorgen sie jährlich rd. 150 000 Menschen mit Strom. Weitere Projekte sind seither geplant, aber noch nicht verwirklicht worden. Maßgeblich hierfür ist der Preisverfall für die konventionellen Konkurrenzenergien (d. h. die fossilen Energieträger), der den wirtschaftlichen Durchbruch dieser Technik verhindert hat. Dennoch wird von den solarthermischen Kraftwerken als ersten der solaren Nutzungsoptionen ein nennenswerter Beitrag zur Stromerzeugung erwartet.

 

Obwohl inzwischen viele Solarzellentypen kommerziell ausgereift sind, tragen sie mit Ausnahme von Sonderanwendungen (Inselversorgungssysteme, z. B. von Berghütten, Autobahnmessstationen, Kleinstgeräten) oder Sonderbedingungen (z. B. kostendeckende Vergütung des in das Stromnetz eingespeisten Stroms seitens der Energieversorgungsunternehmen) bisher aus Kostengründen kaum zur Stromerzeugung bei. In weniger sonnenreichen Gegenden wie Deutschland liegen die Stromgestehungskosten heute noch um den Faktor 10 höher als für die konventionelle Stromerzeugung in Gas- oder Kohlekraftwerken. Die in den letzten Jahren eingetretene Entwicklungsdynamik lässt jedoch erwarten, dass mit zunehmender Serienfertigung und Automatisierung des Herstellungsprozesses nennenswerte Kostendegressionen ausgeschöpft werden können. Ein wesentlicher Schritt in diese Richtung ist durch die Errichtung verschiedener neuer Solarzellenproduktionsanlagen in Deutschland gegangen worden. Mitte 1999 ist in Gelsenkirchen die weltweit größte Produktionsanlage für Solarzellen mit einer Jahreskapazität von 25 MW/Jahr eröffnet worden. Deutliche Fortschritte sind aber auch aus Japan (im Zuge des New-Sunshine-Programms wurde bisher bereits eine Produktionsausweitung auf knapp 100 MW erzielt) und den USA zu erwarten. Infolge dieser Planungen dürfte die weltweite Herstellungskapazität von rd. 200 MW/Jahr schnell gesteigert werden können. Weitere Anzeichen in diese Richtung sind neben der Errichtung von Solarkraftwerken auf Freiflächen (z. B. Toledo, Neunburg vorm Wald, Kobern-Gondorf) die vermehrte Installation von großen dachintegrierten Anlagen (z. B. Schulungszentrum Hamm, Wissenschaftspark Gelsenkirchen, Messe München), die zum Teil installierte Leistungen von mehr als 1 MW aufweisen, sowie die sich verstärkende Anwendung von Photovoltaikmodulen als architektonisches Element der Flächengestaltung. In Deutschland wird die Errichtung von Solarzellenanlagen durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz und das 100 000-Dächer-Programm gefördert (zinsgünstige Kredite). Bis Ende 2004 sollen so zusätzlich 300 Megawatt Solarzellenleistung installiert werden.

 

Eine weitere für die Zukunft interessante Anwendung der Sonnenenergie stellt das Aufwindkraftwerk dar. Es kombiniert drei bekannte Prinzipien: Gewächshaus, Kaminwirkung und Windrad. Unter einem flachen, kreisförmigen Glasdach als Kollektor wird Luft durch direkte und diffuse Sonnenstrahlung erwärmt (Gewächshaus). In der Mitte des Daches steht eine unten offene senkrechte Röhre, der die warme Luft zuströmt und in der sie nach oben aufsteigt (Kaminwirkung). Dieser Aufwind wird mit Windturbinen am Fuße des Kamins letztlich in elektrische Energie umgewandelt. Aufwindkraftwerke eignen sich damit besonders für sonnenreiche Gebiete ohne hohen Direktstrahlungsanteil. Eine Demonstrationsanlage mit 200 m Kaminhöhe und 250 m Kollektordurchmesser wurde in den 80er-Jahren in Manzanares in Spanien erfolgreich betrieben und getestet. Nunmehr sind an verschiedenen Standorten Aufwindkraftwerke von mehreren 10 Megawatt in Planung. Für solche Leistungen sind Turmhöhen von bis zu 1000 Metern notwendig und Glashäuser, die mehrere Quadratkilometer Fläche überdecken.

 

Zu weiteren Nutzungsmöglichkeiten der erneuerbaren Energien, deren Entwicklungsstand und Kosten erneuerbare Energien.

 

 Perspektiven der Sonnenenergienutzung

 

Aufgrund der noch vergleichsweise hohen Kosten der Nutzung der Sonnenenergie sowie der nach wie vor bestehenden Informationsdefizite ist der derzeitige Nutzungsstand noch sehr gering. In Deutschland tragen die erneuerbaren Energien insgesamt zwar mit 2,8 % zur Primärenergieversorgung bei, die solaren Nutzungsformen nehmen aber nicht einmal einen Anteil von 0,1 % ein. Weltweit liegt der Deckungsanteil der erneuerbaren Energien bei etwa 18 %. Der überwiegende Anteil beschränkt sich dabei (ähnlich wie in Deutschland) auf die klassischen Nutzungsformen Wasserkraft und Brennholz. Die Sonnenenergie spielt in allen Industrieländern eine noch untergeordnete Rolle, obwohl diese bei der Entwicklung und Anwendung von Solartechniken weltweit führend sind. Zunehmende Bedeutung haben sie dagegen bei der Elektrifizierung ländlicher Regionen in den Entwicklungsländern, wobei sie in Kombination mit Batterie als so genannte »Solar home systems« oder als Teil ganzer energietechnischer Systeme zur Anwendung kommen. In Deutschland waren Ende 2000 Solarzellen mit einer Gesamtleistung von etwa 96,5 MW installiert, dies entspricht knapp 0,1 % der gesamten in Deutschland bereitstehenden Kraftwerksleistung; die installierte Kollektorfläche für die solarthermischen Niedertemperaturanwendungen lag bei rd. 2,9 Mio. m².

 

Trotz des heute noch geringen Nutzungsstandes wird von der Sonnenenergie in der Zukunft ein maßgeblicher Beitrag zur Energieversorgung erwartet. Dies gilt insbesondere unter Berücksichtigung von Klimaschutzgesichtspunkten, die spätestens seit der Klimakonferenz Ende 1997 in Kyōto an Bedeutung gewonnen haben. Dort wurde erstmals von den Vertragsstaaten ein Protokoll unterzeichnet, das für die Industrieländer eine völkerrechtlich bindende Verpflichtung zur Reduktion klimarelevanter Spurengase enthält. Im Vergleich zum Jahr 1990 muss deren Ausstoß im Mittel im Zeitraum 2008 bis 2012 um 5,2 % reduziert werden. Ende 2000 sind auf der Klimafolgekonferenz in Bonn präzisierende Schritte zur Umsetzung dieser Vereinbarung beschlossen worden.

 

Folgt man den Empfehlungen der Bundestags-Enquete-Kommission »Schutz der Erdatmosphäre«, die für Deutschland von einer Reduktionsnotwendigkeit der Klimagase (besonders Kohlendioxid) von 50 % bis 2020 und 80 % bis 2050 ausgehen, wird dies heutigen Erkenntnissen zufolge nur mit einer deutlichen Ausweitung der Strom- und Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien und auch der Sonnenenergie realisiert werden können. Die nachfolgende Tabelle stellt an einem Beispiel eine zeitliche Übersicht über die Entwicklung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien dar, die im Rahmen einer Gesamtsystembetrachtung notwendig ist, damit eine solche klimaverträgliche Entwicklung erreicht werden könnte.

 

Danach müssen die Windenergie, die Biomasse sowie die solarthermischen Kollektorsysteme in deutlich stärkerem Umfang als bisher genutzt werden. Die photovoltaische Stromerzeugung weist in diesem Szenario zwar einen gegenüber heute deutlich höheren Beitrag aus, ist aber bis2020eher immer noch von mehr untergeordneter Bedeutung. Bis zum Jahr 2020 erhöht sich nach diesen Untersuchungen der Anteil erneuerbarer Energien am Primärenergieverbrauch bei einer gleichzeitig forcierten Energieeinsparpolitik von heute 2,4 % auf rd. 10,7 %. Die solaren Energietechniken tragen dann zu 2,2 % zur Deckung des Primärenergieverbrauchs bei. Dies betrifft zunächst v. a. die solarthermische Warmwasserbereitstellung, während die Zukunftschancen der Photovoltaik in Deutschland besonders für die Zeit nach 2020 gesehen werden. Mit etwa 5,5 TWh ist der Anteil der Photovoltaik an der gesamten Stromerzeugung gering und beträgt rd. 1 %.

 

Bis zum Jahr 2050 erhöht sich der Deckungsanteil der erneuerbaren Energien insgesamt auf 33,5 %, der Anteil der Solartechniken liegt bei knapp 10 %. Dabei ist davon ausgegangen worden, dass es langfristig über eine ausgeweitete photovoltaische Stromerzeugung hinaus (22,5 TWh im Jahr 2050) zu einem Import von Solarstrom aus Nordafrika beziehungsweise Südeuropa kommen wird. Für das Jahr 2050 wurde hier ein Bezug von 49,5 TWh unterstellt, dies entspricht etwa 12 % der derzeitigen Nettostromerzeugung in Deutschland. Die Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung gewinnt damit über den Import von Solarstrom zumindest indirekt größere Bedeutung. Der Stromtransport soll dann über Hochspannungsgleichstromübertragungsleitungen erfolgen, die gegenüber der in den 80er-Jahren häufig diskutierten Wasserstoffkette (elektrolytische Erzeugung von Wasserstoff, Transport von Wasserstoff in flüssiger Form oder über Pipelines und Rückverstromung am Einsatzort) aufgrund der geringeren Verluste deutliche Vorteile aufweist. Die Transportkosten liegen bei einer Entfernung von 3 000 km bei rd. 50 J je kWh.

 

Unter diesen Voraussetzungen ist sogar vorstellbar, dass die heutigen Lieferanten von fossilen Brennstoffen im Jahr 2030 zu Solarstromexporteuren werden. Die großen Mineralölkonzerne stellen sich bereits auf eine sukzessive Veränderung der Energieversorgung ein. Dies zeigt z. B. ihr jüngstes Engagement im Aufbau neuer Produktionsstrukturen für Solarzellen, in die von Shell und BP Milliardenbeträge fließen. Dabei steht in Bezug auf die Solartechniken nicht nur der heimische Absatzmarkt im Mittelpunkt des Interesses, sondern v. a. der Weltmarkt. In Energieszenarien, die von Shell entwickelt wurden, beträgt der Anteil der erneuerbaren Energien an der Energieversorgung zur Mitte des nächsten Jahrhunderts deutlich mehr als 50 %. Die Sonnenenergie hat hieran einen maßgeblichen Anteil. Diese Szenarien werden von anderen Organisationen, wie etwa der Weltklimakonferenz (WEC) bestätigt. Die Ansatzpunkte für eine derartige Entwicklung sind zahlreich. Dies gilt v. a. für die gegenwärtig mehr als 2 Mrd. Menschen, die noch nicht an das Stromnetz angeschlossen sind. Über sinnvoll in die Lebensgewohnheiten eingebundene »Solar home systems« (kleinen auf Photovoltaik basierenden Inselversorgungssystemen) könnten sie hinreichend und zugleich umweltfreundlich mit elektrischer Energie versorgt werden. Ein weiterer wichtiger Anwendungspunkt sind solar betriebene Wasserpumpen, die einen maßgeblichen Beitrag dazu leisten könnten, die weltweit immer dringlicher werdenden Probleme der Wasserversorgung zu mindern.

 

Die Sonnenenergie wird vor diesem Hintergrund von vielen als Technologie der Zukunft und Hoffnungsträger für eine klimaverträgliche Energieversorgung bezeichnet.

 

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie v. a. auch in den folgenden Artikeln:

 

Energiepolitik · erneuerbare Energien · Klimaänderung · Photosynthese · Solarkraftwerk · Solarzelle · Sonne · Sonnenkollektor · Umweltpolitik · Wasserkraftwerk · Windkraftwerk

 

Literatur:

 

3. Programm Energieforschung u. Energietechnologien, hg. vom Bundes-Min. für Forschung u. Technologie (1990);

 H. Häberlin: Photovoltaik. Strom aus Sonnenlicht für Inselanlagen u. Verbundnetz (Aarau 1991);

 A. Goetzberger u. V. Wittwer: S. Physikal. Grundlagen u. therm. Anwendungen (³1993);

 K. Ohlwein: Solararchitektur (²1993);

 G. Polster: Energie aus der Sonne (1993);

 O. Starzer: Solar-Wasserstoff. Bestandsaufnahme u. Ausblick (Wien 1993);

 J. Schlaich: Das Aufwindkraftwerk. Strom aus der Sonne. Einfach - erschwinglich - unerschöpflich (1994);

 

Energiegemeinschaften. Umweltfreundl. Stromerzeugung in der Praxis, bearb. v. R. Rübsamen u. a. (1995);

 

Erneuerbare Energien, Stand, Aussichten, Forschungsziele, hg. vom Bundes-Min. für Bildung, Wiss., Forschung u. Technologie (⁴1995);

 M. Kaltschmitt u. M. Fischedick: Wind- u. Solarstrom im Kraftwerksverbund. Möglichkeiten u. Grenzen (1995);

 N. V. Khartchenko: Therm. Solaranlagen. Grundlagen, Planung u. Auslegung (1995);

 

Das Potential erneuerbarer Energien in der Europ. Union, hg. v. I. Pontenagel (1995);

 

Solararchitektur für Europa, hg. v. A. Schneider (Basel 1996);

 

Die Zukunft der Solartechnik. Einsatzmöglichkeiten der Solarthermie u. Photovoltaik, bearb. v. D. Görgmaier u. a. (1997).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Kernfusion als Energiequelle: Der Sonne abgeschaut

 

Energieversorgung: Viele Wege führen zur Nutzenergie