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Solarenergie in Deutschland: Einblicke, Ausblicke, Nutzungsmöglichkeiten
Als Solarenergie wird die Energie der Sonne bezeichnet, die die Menschen mit Hilfe technischer Möglichkeiten auf der Erde nutzen können. Doch wie genau ist das möglich?
Solarenergie ist elektromagnetische Strahlung, die durch die Kernfusion (Wasserstoff zu Helium) im Inneren der Sonne entsteht. Die dabei freigesetzte Energie trifft in Form von Licht und Wärme auf die Erdoberfläche. Diese Energie aus Sonneneinstrahlung wird hauptsächlich zur Erzeugung von Wärme (Solarthermie) und Strom (Photovoltaik) verwendet oder auch in Form chemischer Energie. Die Sonne ist also eine gigantische, ja eigentlich DIE ultimative Energiequelle und könnte den weltweiten Bedarf an Heizwärme und umweltfreundlich erzeugtem Strom (Grünstrom) abdecken – über Milliarden Jahre hinweg.
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Aktuelle Diskussion 2021 / 2022: Solarpflicht
Nach der Bundestagswahl 2021 geriet die Diskussion zur Erreichung der Klimaziele wieder in Schwung. Im Bundes-Klimaschutzgesetz sind ja bereits verbindliche Ziele zur Emissionssenkung festgelegt, konkrete Maßnahmen, wie man diese Ziele erreichen kann, sind nicht enthalten. Das erklärte Ziel ist die Senkung der CO2-Emissionen – und das gilt gerade auch für Solarenergie im Gebäudesektor. Auf Bundesebene gehören das Gebäude-Energie-Gesetz (GEG) und das Bundes-Klimaschutzgesetz dazu. Zudem gibt es in einigen Bundesländern auch eigene Klimaschutzgesetze, Verordnungen und Solargesetze. In Bund und Ländern gilt dabei immer das GEG als Grundlage: Hier sind verbindliche technische Mindestanforderungen für Neubauten und Sanierungen festgelegt. Eine Solar-Pflicht ist dort aber nicht ausdrücklich vorgeschrieben.
Doch in der öffentlichen Diskussion ist immer wieder von einer "Solarpflicht" bei Neubauten und (Dach-)Sanierungen zu hören. Was bedeutet Solarpflicht? Damit ist die gesetzliche Verpflichtung gemeint, beim Neubau von Wohngebäuden und bei Sanierungen für die Stromerzeugung Photovoltaikanlagen zu installieren oder Solarthermie-Anlagen zur Wärmeerzeugung einzubauen. Es ist davon auszugehen, dass eine Pflicht zur Umsetzung von Solarenergie auch durch staatliche Förderung unterstützt wird.
Aktuell gibt es zwar verschiedene Gesetze bezüglich Erneuerbare Energien und Solarenergie (Solaranlagen), die zum Teil bundesweit oder auch nur für einzelne Bundesländer gültig sind. Eine bundesweit einheitliche Regelung gibt es derzeit nicht. Einige Bundesländer haben die solare Stromerzeugung für neue Wohngebäude bereits zur Pflicht gemacht. Man sollte davon ausgehen, dass die gesetzlichen Vorgaben in Bund und Ländern zeitnah noch weiter angepasst werden, da die Verpflichtung zur solaren Stromerzeugung die Klimaziele für Deutschland weiter vorantreiben. (Stand: Januar 2022)
Solarenergie, Photovoltaik, Solarthermie: Wo liegen die Unterschiede?
Mit Solarenergie sind meistens alle Nutzungsformen von Sonnenenergie gemeint.
Doch es gibt entscheidende Unterschiede bei der Energieerzeugung mittels Sonnenenergie: Thermische Solaranlagen (Solarthermie) liefern Energie in Form von Wärme zur Heizungs- oder Warmwasserversorgung eingesetzt, vor allem in privaten Haushalten.
Bei Photovoltaik-Anlagen, die eben gemeinhin auch als Solaranlagen bezeichnet werden, wird die Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt. Bei der Energiegewinnung mittels Photovoltaik wird also im Gegensatz zur Solarthermie keine Wärme, sondern Energie erzeugt.
Techniken, mit denen Sonnenenergie nutzbar gemacht wird
Gut zu wissen:
Solarenergie ist auch auf Balkon oder Terrasse möglich bzw. mit Mini-Photovoltaikanlagen kann man auf kleinem Raum auch selbst Solarstrom erzeugen und im Haushalt verbrauchen.
Wie kann man Solarenergie speichern?
Solarstrom und Solarthermie sind die derzeit gängigsten Arten in Privathauhalten die Kraft der Sonne zu nutzen. Ein Solarstromspeicher kann direkt zusammen mit einer Photovoltaikanlage oder auch nachträglich noch gekauft werden. So kann man bis zu 80 % des Gesamtverbrauchs mit selbst erzeugten Solarstrom stemmen. Eine besonders moderne Methode, um Solarstrom zu speichern, ist eine eigene "Solar-Cloud", die man beim Energieversorger mietet: ein Stromspeicher, der virtuell gespeicherten Strom ganz nach Bedarf liefert.
Da die Speicherung von Solarenergie ein entscheidender Faktor für die Zukunftsfähigkeit dieser Form der Energiegewinnung ist, werden stetig neue Speichermöglichkeiten entwickelt wie beispielsweise Power-to-Gas: Die Energie der Sonne wird bei diesem Verfahren per Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt. Dieser wird gespeichert und bei Bedarf mit Hilfe einer Brennstoffzelle wieder in Energie umgewandelt. Ein weiteres Beispiel ist auch die flüssige Speicherung von Sonnenenergie in einem chemischen Molekül. Das Molekül gibt die Wärme wieder ab, sobald es durch einen Katalysator aktiviert wird, also molekulare Solarthermie.
Solarenergie in Deutschland
Bei der Stromerzeugung in Deutschland bestand der konventionelle Energiemix 2021 zu 54 % aus den fossilen Energieträgern Steinkohle, Braunkohle und Erdgas und aus der Kernkraft. Der Anteil Erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung in Deutschland lag im Jahr 2021 demnach bei 46 %. Wind- und Wasserenergie, Sonnenenergie und Biogas spielen eine wichtige Rolle im deutschen Strommix. Im Jahr 2021 lieferten Solaranlagen rund 10 % des in Deutschland produzierten Stroms und der Anteil der Photovoltaik an der Stromerzeugung in Deutschland wird wohl auch dank des Erneuerbare-Energien-Gesetzes [EEG] in Zukunft wieder wesentlich stärker ansteigen. Seit 2018 kommt der Solarenergie-Markt wieder langsam in Schwung, 2020 wurden Photovoltaikanlagen mit 4,9 Gigawatt-Leistung neu installiert – das ist so viel wie seit rund 10 Jahren nicht mehr. Und gute Gründe für einen erweiterten Zubau gibt es genug, denn die Solarenergie sparte allein im Jahr 2019 fast 30 Millionen Tonnen klimaschädliches Kohlendioxid ein und trug damit auch zu einer besseren CO2-Bilanz bei.
Vorteile und Nachteile der Solarenergie
Geschätzte Kosten für eine Solaranlage
Das Umweltministerium schätzt die Kosten einer durchschnittlichen Solaranlage für ein Einfamilienhaus auf unter 10.000 Euro, für ein Mehrfamilienhaus liegen die Kosten bei ca. 20.000 Euro. Diese anfangs recht hohen Investitionskosten lohnen sich jedoch langfristig, da die Hauseigentümer den so erzeugten Strom entweder ins Stromnetz einspeisen und/oder selbst verbrauchen könnten.
Die Zukunft der Solarenergie
Es heißt, dass man mit der Energie, die die Sonne in einer Stunde abgibt, den Energiebedarf für die ganze Welt ein Jahr lang abdecken könnte.
Die aktuelle Nachfrage nach Solarenergie ist also nur ein Vorgeschmack dessen, was künftig noch möglich sein könnte. Am 11. Januar 2022 kündigte der Bundesminister für Wirtschaft und Klimaschutz Habeck an, mit Sofortprogrammen die Geschwindigkeit beim Ausbau Erneuerbarer Energien – auch der Solarenergie – verdreifachen zu wollen, um den Ausstoß klimaschädlicher Emissionen drastisch zu senken. Deutschland liege erheblich zurück bei der Erreichung der Klimaziele. Bürokratie und Planungsprozesse sollen in naher Zukunft schlanker gemacht werden.
Allein die Stromerzeugung mittels Photovoltaik kann Milliarden Tonnen Kohlendioxid einsparen. Solarenergie birgt zudem große Chancen: Millionen neuer Jobs und die weltweite Energieversorgung für Menschen, die derzeit noch in entlegenen Gebieten und Regionen leben und von der Stromversorgung abgeschnitten sind. Solarenergie wird bald zu erschwinglichen Preisen produziert werden können und dadurch konkurrenzfähig sein – gerade für private Verbraucherinnen und Verbraucher ein großer Vorteil. Solarenergie ist eine der Schlüsselindustrien für eine umweltfreundliche Klimapolitik und Experten schätzen, dass man bei einem weiteren Ausbau bis ins Jahr 2030 jedes Jahr über eine Milliarde Tonnen CO2 einsparen wird. Das entspricht den Emissionen von ganz Indien im Jahr 2004 oder dem Ausstoß von 300 Kohlekraftwerken. (Quelle: Greenpeace.de)
Auch in Deutschland scheint die Sonne oft und intensiv − und die Technologien zur solaren Stromerzeugung wurden hierzulande federführend mitentwickelt: Deutschland kann Solarenergie – auch bei der Produktion von Photovoltaikanlagen. Die Anschaffung einer Solaranlage wird gefördert und wer seinen überschüssigen Solarstrom ins öffentliche Netz stellt, erhält eine Einspeisevergütung. Die Weichen für die stärkere Nutzung von Solarenergie sind also gestellt.
Doch es ist noch lange nicht alles optimal: Solarzellen müssen noch effizienter gemacht werden und der Produktionsaufwand muss sich verringern. Auf lange Sicht sollten Solarmodule also nicht nur wirkungsvoller und günstiger werden, sondern auch in der Produktion aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen und/oder an ein Recyclingsystem gekoppelt werden. Am Ende können die Module noch so gut oder nachhaltig sein: Wenn die richtigen Signale und Anreize fehlen, Sonnenenergie nicht von den Menschen akzeptiert und auf privaten und gewerblichen Gebäuden installiert wird, kann diese Energieform nicht spürbar zur Umstellung auf eine klimafreundliche Energiegewinnung auf der ganzen Welt beitragen.
So könnte es mit der Solartechnik weitergehen …
Schon Realität oder nur verrückte Visionen?! An Ideen, wie man Sonnenenergie möglichst umweltfreundlich (z. B. Solarzellen aus Biomüll) und platzsparend umwandeln oder speichern kann, wird fortwährend gearbeitet. Die sinnvolle Nutzung der verfügbaren Flächen ist dabei ein ganz wesentlicher Bestandteil. Je mehr Einsatzgebiete es gibt, desto mehr Fläche kann auch verbaut werden. Zwar werden Solaranlagen meistens auf Hausdächern verbaut, doch es werden noch andere Möglichkeiten auf Alltagstauglichkeit getestet, so auch Straßenbeläge aus Solarzellen oder Solarautos. Solarfolie kennt man bereits, doch man forscht weiter und entwickelt auch transparente Solarfolie, die sich u. a. auf der Fensterfront großer Büro- und Gewerbegebäude anbringen lässt.
Hinter der "Agrophotovoltaik" steckt der Gedanke, die extrem großen landwirtschaftlichen Flächen eben nicht nur zu landwirtschaftlichen Zwecken, sondern auch zur solaren Stromerzeugung zu nutzen. Das Konzept mag zwar noch am Anfang seiner Entwicklung stehen, doch Solarmodule auf Weiden und Ackerflächen zu platzieren, scheint im Hinblick auf Effizienz und Flächennutzung durchaus überlegenswert. Inwieweit dieser Ansatz auf Dauer mit der Bepflanzung in Einklang zu bringen ist, bleibt abzuwarten. Auch Solarzäune könnten in der Landwirtschaft zusätzlich von Nutzen sein, indem man die Solarmodule einfach senkrecht als Zaunersatz verwendet.
Sogenannte "Perowskit"-Solarzellen verwenden ferroelektrische Materialien bzw. Stoffe, die sowohl positive als auch negative Ladungen besitzen, und zu einer asymmetrischen Struktur führen. Durch diese Struktur kann das Material Strom erzeugen, sobald Licht darauf fällt. Perowskit-Zellen erzeugen übrigens auch Energie aus künstlichem Licht! Die Photovoltaik hat also in vielerlei Hinsicht noch großes Potential.
Ungenutzte Wasserflächen könnten mit Floating PV-Anlagen noch weiter erschlossen werden: Die Solarmodule schwimmen dabei einfach auf dem Wasser. Dieses Konzept der schwimmenden Solarparks bietet zwei weitere Vorteile: Die Module werden durch das ständig gekühlt und können effizienter arbeiten; die Solarmodule verkleinern zudem die Gewässeroberfläche und es verdunstet weniger Wasser. Dadurch ist das Risiko kleiner, dass es zu einem drastischen Abfall der Sauerstoffkonzentration im Wasser kommt und das Gewässer umkippt.