Solarenergie

Das Potenzial der Solarenergie ist gewaltig. Die jährlich auf die Erde treffende Strahlungsenergie der Sonne beträgt ungefähr das Zehntausendfache des Energiebedarfs der gesamten Erdbevölkerung. Diese Zahl sagt selbstverständlich noch nichts darüber aus, welcher Anteil dieser Solarenergie zu vernünftigen Bedingungen genutzt werden kann.

Aufschlussreicher ist möglicherweise diese Zahl: Der gesamte Strombedarf der Menschheit könnte mit Solarkraftwerken gedeckt werden, die rund drei Prozent der Fläche der Sahara bedecken.

Unter der Annahme geeigneter Transportmöglichkeiten für Strom und leistungsfähiger Stromspeicher kann also der gesamte Strombedarf durch Solarstrom gedeckt werden, wenn die Kraftwerke in klimatisch günstigen Regionen stehen. Bei einer autarken nationalen Versorgung fällt die Bilanz schlechter aus. Ein dicht besiedeltes Land wie Deutschland bietet nur begrenzt Flächen, die zur Nutzung der Solarenergie auch unter wirtschaftlichen Aspekten geeignet sind. Spätestens hier werden die Schätzungen sehr ungenau, weil zahlreiche Annahmen in die Modelle eingehen.

Typische Schätzwerte gehen in etwa davon aus, dass 25 Prozent des Wärmebedarfs und 30 Prozent des Strombedarfs in Deutschland durch Solarthermie und Photovoltaik im eigenen Lande gedeckt werden können. Zukünftige Technologien können diese Schätzungen allerdings deutlich nach oben korrigieren. So könnte die organische Photovoltaik es ermöglichen, Strom mittels dünner Folien statt massiver Module zu erzeugen. Dann wäre plötzlich nahezu jede Hauswand und jedes Hausdach zur Stromerzeugung geeignet.

Ginge es nur darum, im jährlichen Mittel so viel Strom und Wärme zu produzieren, wie verbraucht wird, wären dem Einsatz der Photovoltaik und der Solarthermie kaum Grenzen gesetzt. Der gesamte Bedarf könnte klimaneutral gedeckt werden. Als problematisch erweist sich, dass die Solarenergie nicht dann bereitsteht, wenn sie benötigt wird, sondern dann, wenn die Sonne scheint. Im Falle der Photovoltaik erweist sich dabei der Tagesrhythmus als störend. Abends und nachts wird kein Strom erzeugt, aber der Strombedarf ist zu diesen Zeiten hoch. Geeignete Stromspeicher befinden sich noch in der Entwicklungsphase, auch wenn hier bereits große Schritte getan wurden.

Solarenergie in Form von Wärme ist einfacher zu speichern, der Wechsel zwischen Tag und Nacht kann so leicht überbrückt werden. Aber der Bedarf an Heizwärme folgt – anders als der Strombedarf – keinem täglichen Rhythmus, sondern einem Jahresrhythmus. Als Raumheizung eignet sich die Solarthermie daher nur zur Heizungsunterstützung, weil sie im Sommer ihr Leistungsmaximum erreicht. Besser sieht es bei der Erzeugung von Warmwasser oder Prozesswärme aus, beides wird auch im Sommer benötigt.

Die Zukunft der Solarenergie zur Stromerzeugung hängt entscheidend von der Entwicklung leistungsfähiger Stromspeicher ab. Wichtig ist es, die stark schwankende Leistung zu kompensieren. Für kleine Photovoltaik-Dachanlagen sind zwei verschiedene Wege denkbar. Kleine Speicher im Keller könnten den Eigenverbrauch drastisch erhöhen und die ins Netz eingespeiste Leistung dementsprechend verringern. Alternativ kommen große Speicher im Stromnetz in Betracht, die den eingespeisten Strom speichern.

Solarthermie spielt sowohl in privaten Haushalten als auch in größeren öffentlichen Gebäuden und Gewerbebetrieben eine zunehmend wichtigere Rolle. Solarthermieanlagen ermöglichen es, den Wärmebedarf teilweise ohne den Verbrauch von Rohstoffen und ohne Umweltbelastungen zu decken. Ihre Bedeutung wird daher mit den zu erwartenden Preissteigerungen für Öl und Gas weiter zunehmen.

Neben den steigenden Preisen für fossile Rohstoffe sprechen auch weitere Gründe für eine erfolgreiche Zukunft der Solarwärme in Deutschland. Abgesehen von wenigen Ausnahmefällen, in denen Solarwärme in Wärmenetze eingespeist wird, dient die Solarthermie ausschließlich der dezentralen Selbstversorgung der Verbraucher vor Ort. Sie reduziert also die Anforderungen an einen weiträumigen Energietransport, was bei der Photovoltaik nicht der Fall ist, solange der Strom zum großen Teil ins Netz eingespeist wird und transportiert werden muss. Der vollständige Eigenverbrauch der erzeugten Solarwärme bedeutet auch, dass mit der Installation einer Solarthermieanlage andernorts keine Folgekosten verbunden sind, die von Dritten zu tragen sind.

Das wiederum hat zur Folge, dass die Solarthermie von allen maßgeblichen politischen Parteien befürwortet wird und – abermals im Gegensatz zur Photovoltaik – vermutlich unabhängig von Wahlausgängen weiterhin gefördert wird. Technische Verbesserungen sind, soweit es kleinere Anlagen betrifft, nur noch im Detail zu erwarten. Die Wirkungsgrade moderner Solarkollektoren sind mit etwa 90 Prozent so hoch, dass weitere Steigerungen auch nicht mehr erforderlich sind.

Bei Gas- und Ölheizungen, in denen teure Rohstoffe verbrannt werden, sieht das anders aus, dort lohnen sich selbst kleine Steigerungen des Wirkungsgrades. Sonnenlicht steht unbegrenzt und kostenlos zur Verfügung, eine Erhöhung des Wirkungsgrades um ein Prozent bedeutet hier sehr wenig. Lediglich für große solarthermische Kraftwerke, in denen der Wärmeträger über konzentrierende Spiegelanordnungen auf mehrere hundert Grad erhitzt wird, sind noch signifikante technische Fortschritte zu erwarten.

Die nächstliegende Idee ist die, Solarthermie zum Heizen zu nutzen. Das wird in der Praxis auch umgesetzt, allerdings taucht hier das Problem auf, dass die Heizleistung der Kollektoren ausgerechnet im Winter sehr gering ist. Die Intensität der Sonnenstrahlung ist dann ohnehin deutlich geringer, hinzu kommen zahlreiche trübe und wolkige Tage ohne Sonnenschein. Deutlich effektiver ist die Nutzung der Solarthermie zur Warmwasserbereitung. Private Anlagen werden meist so dimensioniert, dass sie im Sommer den Bedarf an Warmwasser vollständig decken. Über das Jahr gemittelt kann der Warmwasserbedarf typischerweise zwischen 50 und 60 Prozent gedeckt werden.

Eine weitere wichtige Anwendung der Solarthermie besteht in der Nutzung der Solarwärme als Prozesswärme. Viele industrielle Prozesse laufen bei Temperaturen zwischen 40 und 100 Grad ab. Dazu gehören Reinigungsprozesse, aber auch Herstellungsverfahren in Chemiebetrieben und in der Lebensmittelindustrie. Solche Temperaturen können mit Standardtechniken erzielt werden. Auch Temperaturen von bis zu etwa 400 Grad können mittels Solarwärme erzeugt werden, erfordern aber einen größeren technischen Aufwand.

Temperaturen bis etwa 150 Grad können mit leistungsfähigen Vakuum-Röhrenkollektoren erreicht werden. Noch höhere Temperaturen erfordern die Konzentration von Sonnenlicht mittels geeigneter Spiegel.

Die Solarwärme stellt eine wichtige Möglichkeit zur Reduzierung der Umweltbelastungen und zur Verringerung der Abhängigkeit von Rohstofflieferungen dar. Für private Haushalte geschieht dies im Regelfall kostenneutral, Gewerbebetriebe können bei entsprechend langfristiger Kalkulation mit einer deutlich höheren Rendite rechnen.