Artikel aktualisiert am 19.08.2022 | von Jana Krüger | ca: 5 Min. zu lesen

Die Sonne als Energiequelle

Die Sonne gilt als die Lebensquelle von fast allem Leben auf unserem Planeten. Überdies enthalten ihre Strahlungen Vitamin D, welches essenziell für unsere Gesundheit ist. Zudem gibt sie uns Wärme und Licht, was wir beides zum Überleben benötigen. Vor einigen Jahrzehnten entdeckte man, dass die Sonne neben all ihren vorhandenen Eigenschaften auch eine Energiequelle ist. Kurz darauf entwickelte man Solaranlagen, um die Sonnenenergie aufzufangen und in beispielsweise Strom umzuwandeln. Diese Entdeckung könnte man als evolutionär bezeichnen. Doch was genau ist die Sonnenenergie, wie wird diese produziert, wie hoch ist diese Energie und wie kann man sie am besten nutzen?

Im folgenden Artikel gehen wir diesen Fragen auf den Grund und erläutern das Thema Sonnenenergie etwas genauer.

© Günter Albers – stock.adobe.com

Was ist Sonnenenergie?

Sonnenenergie ist die Strahlenenergie, die von der Sonne kommt, welche auf die Erde trifft und die wir einfangen können. Sie stellt die Hauptenergiequelle der Erde dar. Da es zudem eine quasi unerschöpfliche Quelle ist, wird die Sonnenenergie als erneuerbare Energie bezeichnet.

Sie entsteht, wenn die Temperaturen auf der Sonnenoberfläche 5000 Grad Celsius erreichen. Die Sonnenenergie kann dann in elektrischen Strom oder Wärme umgewandelt werden.

Wie genau produziert die Sonne Energie?

Kurz: durch die sogenannte Kernfusion. Diese Kernfusion, welche im inneren der Sonne stattfindet, sorgt dafür, dass die Sonnenstrahlung in Form von elektromagnetischen Wellen auf die Erde trifft. Zudem beinhalten die Temperaturen im Sonnenkern um die 15 Millionen Kelvin. Die Kernfusion kann nur bei diesen Temperaturen stattfinden, wodurch Helium und eine hohe Menge an Energie sich bilden können.

Bis die Auswirkungen der Kernreaktion in der Sonne, die dann als Strahlung auf die Erde treffen, auf unserem Planeten spürbar sind, dauert es etwa 8 Minuten.

Welches Energiepotenzial besitzt die Sonne?

Tagtäglich liefert die Sonne so viel Energie, dass der globale Bedarf für fast acht Jahre gedeckt werden kann. Wissenschaftler fanden heraus, dass die Energie der Sonne in ungefähr 5 Milliarden Jahren aufgebraucht sein wird. Da dies eine hohe Zahl ist, wird die Sonne als unerschöpfliche Energiequelle bezeichnet. Da die Strahlungseinheit konstant ist, kann die Energie vielfältig und unendlich eingesetzt werden.

Wie kann die Sonnenenergie genutzt werden?

Zwei der wichtigsten Aufgaben, welche die Sonne erfüllt, ist die Erwärmung der Erde und das Spenden von Licht, womit Photosynthese ermöglicht wird. Die Photosynthese der Pflanzen ist die Basis aller Nahrungsketten und damit des Lebens auf der Erde.

Solarthermie

Die wärmende Wirkung der Sonne fand schon seit einer sehr langen Zeit Anwendung. Doch ungefähr im 18. Jahrhundert schuf man mit einem Heliothermometerdie ersten Grundlagen für die heutige Solarthermie. Hierbei wurde ein Holzkasten, der innendrin aus schwarzem Kork bestand, mit Glas abgedeckt. Durch die Sonneneinstrahlung wurde das Wasser im Heliothermometer, welches sich im Holzkasten befand, erhitzt.

Das Thema Solarthermie gewann aber erst Anfang der 1970er-Jahre in Europa an Beliebtheit. Zu dieser Zeit wurde die Solarforschung angetrieben, insbesondere durch die Umweltbewegung. Zu Beginn gelang es Unternehmen wie Siemens oder AEG, keine voll funktionstüchtigen Solarthermien zu bauen. Mit der Zeit wurde die Technik immer weiter ausgebaut, sodass die Solarthermie heute 5 % an Wärmebedarf abdeckt.

Wie genau funktioniert die Solarthermie?

Genauso wie die schwarze Holzbox, zieht auch schwarze Kleidung Sonne geradezu an. Genau diesem Prinzip machen sich die heutigen Kollektoren der Solarthermie zunutze. Der sogenannte Absorber ist ein weiterer Bestandteil und gleichzeitig der Kern der Anlage. Er nimmt die Sonnenenergie auf und wandelt diese in Wärme um. Ein weiteres wichtiges Bestandteil ist das Wärmeträgermedium. Dieses sorgt dafür, dass die thermische Energie durch ein Gemisch aus Wasser durch Röhren fließt und sie zum Speicher transportiert. Dadurch können heutzutage viele Hausbesitzer die Sonnenenergie zum Beheizen des Hauses nutzen.

Photovoltaik

Die am häufigsten verbreitete Art, die Sonnenenergie zu nutzen, ist jedoch die Photovoltaik. Diese Art von Technik ermöglicht es, Sonnenstrahlung in elektrischen Strom umzuwandeln.Die Grundlagen hierfür wurden im Jahr 1839 gelegt. Doch erst 30 Jahre später konnte man feststellen, dass Halbmetall Selen in der Lage waren, Elektrizität zu produzieren, wenn sie mit Sonnenstrahlung in Berührung kamen. Eine Vielfalt an Forschern beschäftigte sich nach dieser Entdeckung mit dem Thema und Albert Einstein war schließlich derjenige, der die theoretische Erklärung liefern konnte.

In den späten 1940er-Jahren entstanden dann die ersten Solarzellen aus Silizium. Anfangs wurden diese ausschließlich für Weltraumforschung eingesetzt, da die Photovoltaikanlagen sehr teuer waren. Fast 40 Jahre später wurden kleinere Module entwickelt, welche für beispielsweise Parkuhren eingesetzt wurden. Erst als der Schweizer Ingenieur Markus Real die Idee hatte, Eigenheime mit dieser Technik auszustatten, um eigenständig Strom produzieren zu können, entstand der Durchbruch der uns heute bekannten Photovoltaikanlage. Heute gibt es Photovoltaik nicht nur für das Eigenheim, sondern auch auf Wasseroberflächen oder auf landwirtschaftlichen Feldern. Ein großer Schritt für grüne Energie.

Wie genau funktioniert Photovoltaik?

Im Gegensatz zur Solarthermie, besitzt die PV-Anlage keine Kollektoren, sondern Solarzellen. Diese wandeln die Sonnenenergie in Strom um. Das Ganze wird durch den photoelektrischen Effekt ermöglicht. Hierbei bewegen sich Elektronen in Halbleitern, sobald sie mit Licht Energie aufnehmen. Dieser Vorgang sorgt dafür, dass sich in den Solarzellen Gleichstrom bildet, welcher sich schließlich im gesamten Haushalt nutzen lässt.

Wie hoch ist die nutzbare Energie der Sonne?

Die nutzbare Energiemenge ist von vielen Faktoren abhängig und unterscheidet sich von Land zu Land. Sie hängt vom Einstrahlungswinkel auf die Erdoberfläche, der Sonnenscheindauer, der Jahreszeit und sogar der Uhrzeit ab. Daraus ist ersichtlich, dass die Energie auf dem Globus nicht überall gleich stark ist. Während in der Sahara die Sonnenenergie rund 2.300 kWh pro Quadratmeter beträgt, liegt sie in Deutschland bei rund 1.000 kWh pro Quadratmeter. In der Regel sagt man, dass desto näher ein Land oder eine Stadt am Äquator liegt, desto höher ist die Sonneneinstrahlung.

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