Das Sonnenlicht kann im wesentlichen auf zwei verschiedenen Wegen zur Stromgewinnung genutzt werden. Mit der Photovoltaik wird aus Sonnenlicht direkt elektrischer Strom gewonnen. Über die Solarthermie können Flüssigkeiten aufgeheizt und verdampft werden, um Turbinen zur Stromerzeugung anzutreiben. Physikerinnen und Physiker helfen beim Versuch, die umweltschonende Energiequelle wettbewerbsfähig zu machen.

Die Energie, die die Sonne per Kernfusion freisetzt und abstrahlt, bildet nicht nur die Grundlage irdischen Lebens sie ist auch die Mutter fast aller anderen Energieformen auf der Erde: Sonnenwärme treibt den Wasserkreislauf und verursacht Winde, Wellen und Strömungen, und sie ließ auch die Biomasse gedeihen, die vor Jahrmillionen zu fossilen Brennstoffen wurden. Zudem ist Sonnenlicht kostenlos, wird noch viele Milliarden Jahre leuchten und das, wenn auch in unterschiedlicher Intensität, rund um den Globus. Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom zu verwandeln, ist eine der elegante Methoden der Energieerzeugung. Parallel ist auch der Umweg über aufgeheizte Flüssigkeiten in Solarthermiekraftwerken technisch ausgereift.

Aber Solarzellen sind noch nicht effizient genug, um mit den Marktpreisen vermeintlich billiger Energiequellen wie Erdöl, Erdgas oder Kohle konkurrieren zu können. Durchsetzen konnten sich vor allem Insellösungen, wenn andere Energiequellen nicht einsetzbar oder zu kurzlebig sind oder wenn ein Anschluss ans Stromnetz zu teuer wäre. Ziel für einen häufigeren Einsatz von Solarzellen ist die Steigerung ihres Wirkungsgrads und die Kostensenkung, vor allem durch Massenproduktion und physikalisch-technologische Innovationen.

Vielversprechend ist die Entwicklung von Dünnschichtsolarzellen, wobei auch die Verbesserung von Siliziumkristallstrukturen eine große Rolle spielt. Auch Zellen auf der Basis von Halbleitern oder Polymeren und organischen Farbstoffen versprechen bessere Energieausbeute. Schon in den kommenden Jahren könnten neuartige Zellen den Markt erobern.

Solarthermische Kraftwerke, die vor allem die Wärmestrahlung der Sonne nutzen, könnten sogar vor den Solarzellen günstigen Strom liefern. Die Technik ist weitestgehend ausgereift und sowohl Parabolrinnenkraftwerke als auch zentrale Sonnentürme werden derzeit aufgebaut und betrieben.

Photovoltaik

Kristallines Silizium ist heute das wichtigste Material für den Bau von Solarzellen. Fortlaufend werden sie verbessert, um den Wirkungsgrad zu steigern. Aber auch an anderen Halbleitern, Nanopartikeln und sogar Kunststoffe arbeiten Physikerinnen und Physiker, um über den photovoltaischen Prozess die Energie der Lichtteilchen direkt in Strom umzuwandeln.

Photovoltaik – Elektrische Energie aus Sonnenlicht

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Immer noch ist ihr Beitrag zur Energieversorgung gering. Aber sie hat bei weitem das höchste technische Entwicklungspotential.

Organische Solarzellen

Organische Polymer-Solarzellen sind flexibel und effizient und eröffnen damit eine neue Dimension der Anwendungen für Solarzellen auf verschiedenen Materialien.

Solarzellen der 3. Generation

Wafersolarzellen beherrschen heute den Markt. Doch daneben sind Dünnschichtsolarzellen Standard, und es gibt mit organischen und Mehrfach-Solarzellen noch weitere vielversprechende Bauarten.

Solarenergie: Aus grün mach blau

2007 gelang es einer Forschergruppe des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung und des Stuttgarter Sony Materials Science Center, aus grünem Licht blaues hervorzubringen.

Solarthermie

Weitläufige Spiegelflächen, Parabolrinnen oder hohe, zentrale Türme prägen das Bild von Solarthermie-Kraftwerken. Nach jahrelanger Entwicklung produzieren seit 2008 in Spanien die ersten europäischen Anlagen Strom für die Einspeisung ins Netz. Energieexperten gehen davon aus, das die Solarthermie vor allem in Südeuropa stark ausgebaut wird.

Solare Kraftwerke

Das Sonnenlicht ist nutzbar zur Stromerzeugung und zur Warmwasserbereitung – Solarthermie. Eine dritte, besonders erfolgversprechende Variante ist die Stromerzeugung in solarthermischen Kraftwerken.

Technik der solarthermischen Kraftwerke

In solarthermischen Kraftwerken wird Sonnenstrahlung mittels Spiegeln so stark konzentriert, dass damit ein geeignetes Arbeitsmedium um mehrere Hundert Grad erhitzt werden kann. Damit wird dann beispielsweise in Dampf- oder Gasturbinen, Strom erzeugt.

Potenzial solarthermischer Stromerzeugung

Ein steigender Wirkungsgrad ist der Schlüssel zum Erfolg der solarthermischen Kraftwerke. Höhere Betriebstemperaturen und geringere Investitionskosten könnten diesen Weg ebnen.

Strom aus der Wüste

Die Sonneneinstrahlung in Südeuropa und Nordafrika ist das ganze Jahr über hoch – ein idealer Standort für Solarkraftwerke. Desertec soll die Energie nutzbar machen und ganz Europa mit Strom beliefern.