Wie funktioniert Solarenergie?
Die Sonne ist der größte natürliche Energielieferant unseres Planeten und es bietet sich an, die Energie der Sonnenstrahlen zu nutzen. Das Ziel von Vattenfall ist es, ein fossilfreies Leben innerhalb einer Generation zu ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen im Jahr 2025 mehr als 50 Prozent der Stromerzeugung des Unternehmens aus den erneuerbaren Quellen Wind, Wasserkraft und Solar stammen. Die Bandbreite für den Einsatz von Solarenergie ist groß.
Die Energie der Sonnenstrahlen, sogenannte Solarenergie, entsteht im Inneren der Sonne durch Kernfusion und gelangt als elektromagnetische Strahlung zur Erde. Hier kann die Strahlung für die Erzeugung von Strom (Photovoltaik) und Wärme für Heißwasser (Solarthermie) genutzt werden. Da die meiste Energie tagsüber gebraucht wird, passen solare Erzeugung und Energiebedarf gut zusammen.
Wie wird Solarenergie genutzt?
Die Technologien zur Umwandlung von Solarenergie in Strom und Wärme können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden: Solarzellen und Solarthermieanlagen.
Solarenergie – eine Grafik: So funktioniert’s
Eine Solarzelle oder sogenannte Photovoltaikzelle (PV-Zelle) wandelt durch Verwendung des photovoltaischen Effekts Sonnenenergie in Elektrizität um. Durch die Beleuchtung der Vorderseite der Solarzelle entsteht eine elektrische Spannung zwischen der Vorder- und Rückseite der Zelle. Die einzelnen Zellen produzieren eine niedrige Spannung von etwa 0,5 V. Solarzellen werden daher häufig in Reihe geschaltet, was als Solarpaneele oder -module bezeichnet wird. Die Spannung wird somit auf einen für die Stromerzeugung angemessenen Pegel erhöht. Solarzellen finden sowohl in kleineren Energiesystemen, beispielsweise für Privathaushalte, Anwendung als auch in großen Anlagen wie Solarparks.
Ein Beispiel einer PV-Anlage auf dem Dach eines Wohngebäudes
Neben den Solarzellen gibt es noch die Solarthermieanlagen. In diesen befinden sich Sonnenkollektoren, die über einen Absorber die Sonnenenergie aufnehmen und in Wärmeenergie umwandeln. Diese Wärmeenergie wird dann mittels einer Flüssigkeit oder eines Gases in einen mit Wasser befüllten Tank, dem Solarspeicher, übertragen. Mithilfe von Wärmetauschern kann dann die Wärmeenergie für die Warmwasserbereitung für Trinkwasser und für Heizzwecke genutzt werden. Solarthermische Kollektoren kommen auch bei der thermischen Kühlung zum Einsatz. In Pilotanlagen wird derzeit die Kombination aus Photovoltaik und Solarthermie erforscht. In diesen sogenannten Hybridkollektoren wirkt sich die Nutzung der Sonnenkollektoren kühlend auf die Solarzellen aus, was deren Wirkungsgrad positiv beeinflusst.
Wie ist der Status Quo bei Solarenergie?
2018 war Solar die am meisten gebaute Erzeugungsart. Ein Grund dafür sind stark gesunkene Kosten für Solarpaneele. Solarenergie gehört heute zu den günstigsten Energieerzeugungsarten überhaupt. In Verbindung mit den geringen CO2-Emissionen dieser Erzeugungsart wird der Anteil der Solarenergie weiter deutlich wachsen. Die Bandbreite für die Nutzung von Solarenergie ist groß. Sie reicht von der Photovoltaikanlage auf Dächern von Privathäusern und Gewerbeimmobilien zur Eigenversorgung über den Einsatz von Solarpaneelen auf vermieteten Wohnimmobilien zur Versorgung der Bewohner mit Mieterstrom bis hin zur Nutzung großer Freiflächen-Solaranlagen.
Die Photovoltaik-Anlage am Pumpspeicher Geesthacht (links von der Triebwasserleitung), weitere Module am Oberbecken sind geplant.
Solarenergie bei Vattenfall
Vattenfall nutzt Photovoltaik-Freiflächenanlagen an bestehenden Standorten zur Erzeugung von Strom. Zum Beispiel an Pumpspeicherwerken (PSW), wie am PSW Geesthacht in Schleswig-Holstein. Insgesamt sollen an Vattenfalls Pumpspeicherwerken in Deutschland bis 2020 Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von sieben Megawatt entstehen. Dort sind die Rahmenbedingungen gut, weil bereits vorhandene Infrastruktur genutzt werden kann. Gleiches gilt für große PV-Freiflächenanlagen an Windparks, wie beispielsweise den 2017 in Betrieb genommenen Solarpark neben dem Windpark „Parc Cynog“ in Wales. Mit fünf Megawatt kann dieser Solarpark genug Strom erzeugen, um 1.440 walisische Haushalte zu versorgen.
Darüber hinaus nutzt Vattenfall in Berlin und Hamburg Solarthermieanlagen für die Wärmeerzeugung. Die Solarthermieanlage in Berlin-Köpenick hat eine Kollektorfläche von 1.058 Quadratmetern und ergänzt damit die Fernwärme aus gasbefeuerten Erzeugungsanlagen und einem umweltfreundlichen Biomethan-BHKW. So werden im lokalen Wärmenetz Köpenick rund 10.000 Haushalte mit Fernwärme versorgt.
Die durchschnittliche Wärmeproduktion der Solarthermie-Anlage in Berlin-Köpenick betrug an einem Tag im Sommer 2,4 MWh
Die Hamburger HafenCity verfügt über rund 1.800 Quadratmeter Kollektorfläche. Über das Jahr gerechnet können hier mit Solarthermie rund 35 Prozent des Warmwasserbedarfs der Häuser in der HafenCity gedeckt werden. Vattenfall betreibt und wartet diese Solarthermieanlage seit 2006. Neben der Fernwärmeversorgung war die Errichtung von Solarthermieanlagen ein integraler Bestandteil des Energiekonzepts von Vattenfall für die HafenCity.
Auch für seine Kunden sieht Vattenfall in der solaren Erzeugung auf Dachflächen von Privat- und Gewerbeimmobilien Potential für den Ausbau von Solarenergie. Immer mehr Kunden installieren PV-Anlagen und erzeugen dezentral eigenen, grünen Strom. In Kombination mit Energiespeichern ist Solarenergie zunehmend zuverlässig nutzbar.
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