Definition & Technik
Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, die in Teilen als elektromagnetische Strahlung zur Erde gelangt. Solarenergie kann direkt durch die Sonneneinstrahlung auf Kollektoren zur Erzeugung von Strom (Photovoltaik) und Wärme (Solarthermie) genutzt werden. Solarenergie ist aber auch für alle anderen erneuerbaren Energien notwendig: Wind entsteht durch sonnenerwärmte und kalte Luft (Windkraft), Biomasse wächst nur mit Hilfe der Sonne (Biomasse / Biogas) und Regen fällt nur, wenn auch Wasser an anderer Stelle durch Sonneneinstrahlung verdampft (Wasserkraft).
Geschichte
Die Wertschätzung der Solarenergie reicht weit zurück: In nahezu allen Kulturen, von den Ägyptern bis in die Neuzeit, findet sich ein mehr oder weniger ausgeprägter Sonnenkult. Erste Ansätze passiver Nutzung sind bereits in der Architektur der alten Ägypter, in Mesopotamien und den frühen südamerikanischen Hochkulturen zu entdecken. Die aktive Nutzung der Sonnenenergie ist jedoch eine Errungenschaft der Neuzeit. Der französische Naturforscher George Buffon baute im Jahr 1774 Apparate, bei denen die Sonnenstrahlen mit Hilfe von Spiegeln auf einen Punkt konzentriert wurden. Der erste Kollektor, der Wasser mit Hilfe der Sonne erwärmte, wurde 1891 vom kalifornischen Unternehmer Clarence M. Kemp zum Patent angemeldet. Henry Becquerel, ein französischer Physiker, entdeckte 1839 den Photoeffekt und schuf so die Voraussetzungen für die Solarzellen von heute. Mit Beginn des 20. Jahrhunderts werden erste Solarprojekte Realität: 1904 entstand in St. Louis die erste Solarfarmanlage, 1932 entstanden in Chicago sogar ganze Solarhäuser. Das Prinzip der Solarzelle wurde 1954 in den USA entwickelt und schon 1958 auf amerikanischen und sowjetischen Weltraumsatelliten eingesetzt.
Österreich
In Österreich liegt die jährliche mittlere Sonneneinstrahlung bei rund 1.000 kWh/m2. Dies ist mehr als die Hälfte der Intensität, die auf die Sahara trifft und entspricht einem Energiegehalt von jährlich rund 100 l Öl auf jeden Quadratmeter der Landesfläche gerechnet. Schon beim heutigen Stand der Technik wäre das genug, um Solarenergie zur tragenden Säule der österreichischen Energieversorgung auszubauen.
Solarenergie Heute
Solarenergie wird heutzutage in verschiedenen Bereichen der Energiegewinnung genutzt, die wichtigsten Anwendungen sind Photovoltaik und Solarthermie. Alleine im Jahr 2010 wurden weltweit Photovoltaik-Anlagen mit einer Leistung von insgesamt 16,6 GW installiert. Alleine im Jahr 2010 wurden weltweit Photovoltaik-Anlagen mit einer Leistung von insgesamt 16,6 GW (Strom) installiert, Solarthermie-Anlagen mit einer Leistung von 36,5 GW (Wärme, Jahr 2009). Die meisten Solarthermieanlagen findet man in China, Österreich liegt weltweit auf Platz 8 vor Indien und den USA! Weltmarktführer der Photovoltaik-Produzenten ist seit einigen Jahren China, gefolgt von Japan und Deutschland. Bei Solarthermie liegt ebenfalls China vorne, gefolgt vom grössten Flachkollektorhhersteller weltweit in Österreich.
Daten und Fakten
Solarwärme ist nicht nur in Österreich ein Thema, sondern weltweit. Dies zeigen die Zahlen der Statistik der Internationalen Energieagentur, die jährlich erscheint und globale Trends abbildet. In Österreich ist der Markt seit Jahren im Umbruch und bewegt sich von kleinen Anlagen hin zu größeren Solarwärmekraftwerken für Gebäude, Betriebe und Fernwärmenetze. Hier finden Sie alle Zahlen, Fakten und Trends am Solarwärmemarkt in Österreich, der EU und weltweit.
95 Prozent Wertschöpfung in Österreich und 1.500 Arbeitsplätze
Mit Ende des Jahres 2017 waren in Österreich 5,2 Mio. m² thermische Sonnenkollektoren in Betrieb, was einer installierten Leistung von 3,6 GWth entspricht. Der Nutzwärmeertrag dieser Anlagen lag bei 2.121 GWh. Damit werden jährlich 408.704 Tonnen an CO2-Emissionen vermieden. Der Umsatz der Solarthermiebranche lag im Jahr 2017 bei rund 178 Mio. Euro, die Branche sichert 1.500 Vollzeitarbeitsplätze.
Solarwärme könnte in Österreich jedes zweite Gebäude versorgen
In den letzten fünf Jahren hat sich die solar produzierte Wärmemenge in der EU auf fast 50.000 GWh verdoppelt, auch wenn die jährlichen Ausbaumengen rückläufig sind. Der Ausbau fand vor allem bei der solaren Versorgung von Gebäuden statt, in Dänemark ist auch ein Boom bei solaren Fernwärmeanlagen zu beobachten. Wie sich diese Entwicklung in Zukunft fortsetzen wird und welchen Beitrag Solarwärme zu den europäischen Klimazielen leisten kann, wurde in einer im August 2017 veröffentlichten IEA-Studie am Beispiel Österreich, Deutschland, Italien und Dänemark untersucht. In den Szenarien wird von einer Verdopplung der fossilen Energiepreise bis 2050 und einer Kostensenkung bei Solarwärme von 25 bis 35 Prozent ausgegangen. Die Ergebnisse zeigen, dass Solarwärme langfristig vor allem fossile Energieträger ersetzen wird, andere erneuerbare Wärmetechnologien wie Biomasse, Wärmepumpe, Abwärme werden aufgrund niedriger Wärmeerzeugungskosten zu Solaranlagen eher in Konkurrenz stehen. Den größten ökonomischen Vorteil wird Solarwärme in Südeuropa liefern, in unseren Breiten werden aus wirtschaftlichen Gründen eher Großanlagen dominieren. Für Österreich wurde ein technisches Potenzial von jährlich bis zu 7.000 GWh Solarwärme errechnet, was bedeuten würden, dass jedes zweite Gebäude mit Solarwärme versorgt wird. Derzeit liegt die heimische solare Wärmeproduktion bei 2.121 GWh pro Jahr, laut IEA-Studie beträgt das Potenzial langfristig mehr als das Dreifache dieses Wertes.
Die Sonne ist eine fast unerschöpfliche und kostenlose Energiequelle. Sie liefert uns binnen zwanzig Minuten die gleiche Menge an Energie, die von der gesamten Erdbevölkerung pro Jahr verbraucht wird. Photovoltaik wandelt Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um – lautlos und frei von Abgas-, Lärm- oder Geruchsemis-sionen. Dem Solarstrom auf der SpurEntdeckt und erforscht wurde der photoelektrische Effekt bereits vor 170 Jahren von Alexandre Edmond Bec-querel. 1883 baute der New Yorker Charles Fritts die ersten Photovoltaik-Platten aus Selenzellen. Sie be-schränkten sich auf einen Wirkungsgrad von 2 % und waren sehr aufwändig in der Herstellung. Die Erfindung löste aber großes Forscher-Interesse aus. 1905 stellte Albert Einstein die These auf, Licht sei nicht nur als wel-lenförmige Strahlung zu sehen, sondern als Fluss win-ziger Energiepakete. Für die „Lichtquantenhypothese“ erhielt Einstein 1921 den Nobelpreis. Wenige Jahre spä-ter wurde der Begriff „Photon“ zur Beschreibung dieser Lichtteilchen eingeführt.Im Jahr 1954 präsentierten schließlich Gerald Pearson, Calvin Fuller und Daryl Chaplin die erste Silizium-Solarzelle. Damit war der Grundstein für eine neuartige und nachhaltige Energieversorgung gelegt. Die weitere Entwicklung folgte rasant: Bereits vier Jahre später versorgten 108 Siliziumzellen den US-amerikanischen Sa-telliten „Vanguard I“ mit Elektrizität. Die Entwicklung der Photovoltaik als Strom-quelle auf der Erde wurde mit der Installation der ersten netzgekoppelten Anlage im Jahr 1978 eingeleitet. Weltweiter BoomDie Herstellung von Photovoltaikmodulen verlief bis zum Ende des vorigen Jahr-tausends kontinuierlich steigend. 1995 lag die Jahresmenge bei knapp 100 Mega-Watt-peak (MWp) an installierter Leistung. Seither wächst der Photovoltaik-Weltmarkt um durchschnittlich mehr als 30 % pro Jahr. Seit 2003 findet eine regelrechte Explosion des Weltmarktes statt. Im Jahr 2010 beträgt die globale Jahres-Produktionsleistung bereits über 15.000 MWp. Die zurzeit jährlich auf dem Weltmarkt verkaufte Menge von Photovoltaik-Modulen erzeugt so viel Strom wie ein durchschnittliches Atomkraftwerk.
Eine Photovoltaik-Anlage wandelt das einfallendeSonnenlicht direkt in elektrischen Strom um. Diese hochwertige Energieform kann beliebig umgewan-delt werden: in mechanische Arbeit, Elektromobi-lität, Motoren, in Wärme oder wieder in Licht.Eine Solarzelle besteht aus Halbleitern, die auch in zahlreichen modernen Alltagsgeräten zum Ein-satz kommen – wie Computern, Digitalkameras oder Handys. Eine Photovoltaik-Zelle besteht aus Silizium. Die Oberflächen werden in einem aufwändigen Verfahren behandelt. Siliziumnitrid sorgt dafür, dass möglichst viel Sonnenlicht ab-sorbiert wird und verleiht dem grauen Silizium den charakteristischen, dunkelblauen Schimmer. Für den photovoltaischen Effekt ist nur eine Dicke von wenigen tausendstel Mil-limeter erforderlich: Wenn ein Lichtteilchen (Photon) auf die Zelle trifft, wird ein Elektron aus dem Atomgitter des Siliziums geschlagen und wandert an die Ober-fläche. Sammeln sich viele Elektronen an der Oberfläche der Zelle, entsteht ein Ladungsunterschied im Vergleich zur Rückseite. Das ergibt elektrische Spannung, die abgegriffen werden kann. Ein Kontakt zur Oberseite nimmt die Elektronen auf – Strom fließt. Die Spannung, die an einer einzelnen Zelle bei voller Sonneneinstrahlung ent-steht, beträgt rund 0,5 Volt. Wenn nun viele kleine Zellen in einem PV-Modul miteinander verbunden werden, ergibt das bei Standard-Modulen eine Spannung von rund 45 Volt und eine Leistung von beispielsweise 200 Watt. Die Zellen in einem PV-Modul werden üblicherweise durch Spezialglas geschützt und luftdicht in Schutzfolien verschweißt. Die Module können zu beliebig großen Anlagen zusammengeschlossen werden. Als Faustregel gilt: Eine Anlage mit 4 kW Leistung braucht heute 30 bis 35 m2 Fläche und liefert in Österreich in einem Jahr etwa 4.000 kWh Sonnenstrom – also jene Menge an Strom, die ein durchschnitt-licher Haushalt pro Jahr benötigt.
Quelle: Photovoltaic Austria
