Photovoltaikzellen (BMU, Bernd Müller)

Solarenergie

Die Menschen haben die Sonnenenergie seit Anbeginn für zwei Arten von Energie benutzt: Licht und Wärme. Sie ist also die Energiequelle, die uns immer begleitet und unser Leben überhaupt möglich gemacht hat. Jedoch seit Ende des letzten Jahrhunderts gibt es noch eine dritte Art der Nutzung, nämlich zur Erzeugung von elektrischer Energie.

Dazu gibt es im wesentlichen zwei verschiedene Wege um Elektrizität zu erzeugen: Zum einen wird mit Hilfe von Solarzellen aus Sonnenlicht direkt elektrischer Strom gewonnen. Zum anderen können Flüssigkeiten solarthermisch aufgeheizt und verdampft werden, um damit Turbinen zur Stromerzeugung anzutreiben.

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 und wird noch viele Milliarden Jahre existieren. Das Licht mit Hilfe von Solarzellen direkt in elektrischen Strom zu verwandeln, ist deshalb eine große Herausforderung für Physik und Ingenieurwissenschaften und hat bereits zu großen Erfolgen geführt. Parallel wird auch die indirekte Umwandlung in Strom über aufgeheizte Flüssigkeiten in Solarthermiekraftwerken umgesetzt.

Im Unterschied zu den dominierenden Energien zur Stromerzeugung, wie Erdöl, Erdgas, Kohle oder Kernenergie, ist die Energiedichte des Sonnenlichtes jedoch viel geringer, was durch höheren spezifischen technischen Aufwand bei der Umwandlung in Elektrizität wettgemacht werden muss: Strom aus Sonnenlicht ist oftmals noch teurer als aus den gängigen Energiequellen. Deshalb ist es das Ziel aller wissenschaftlichen und technischen Anstrengungen, auch weiterhin eine Steigerung des Wirkungsgrades der Solarzellen und eine deutliche Senkung der Kosten zu erreichen.

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, welche die Wärmestrahlung der Sonne nutzen, könnten ebenfalls günstigen Strom liefern. Die Technik ist bereits gut ausgereift und sowohl Parabolrinnenkraftwerke als auch zentrale Sonnentürme werden derzeit aufgebaut und betrieben. Nach Angaben des Renewable Energy Policy Network (REN21) betrug die Gesamtkapazität solarthermischer Kraftwerke im Jahr 2015 weltweit 4,8 Gigawatt.

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.

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, dass die Solarthermie vor allem in Südeuropa und Nordafrika stark ausgebaut wird.