16. März 2023

Wie funktioniert Solarenergie?

Wir erklären, wie Sonnenenergie funktioniert und gehen auf Vor- und Nachteile verschiedener Technologien ein.

Photovoltaik-Module und Sonnenkollektoren auf dem Dach eines Einfamilienhauses

Ein Beitrag von

Annika

annika fiedler

Es ist Frühling und wir genießen die ersten warmen Sonnenstrahlen auf dem Gesicht. Wenn die Sonne scheint, steigt unser Vitamin D-Level und die Laune wird besser. Doch die Sonne hat noch eine viel genialere Funktion für uns alle: Sie kann ihre Strahlen in Energie umwandeln.

Solarenergie gehört neben Wind- und Wasserkraft zu den erneuerbaren Energien. Diese Energiequellen sind in der Natur beinahe unendlich vorhanden. Mit Photovoltaikmodulen und Sonnenkollektoren kann aus Sonnenstrahlen elektrischer Strom und Wärme erzeugt werden. Wie das genau funktioniert und was die Vor- und Nachteile von Sonnenenergie sind, erfährst du in diesem Beitrag.

Was ist Sonnenenergie?

Starten wir mit einer kurzen und einfachen Definition. Der Begriff Solarenergie setzt sich aus zwei Wortbestandteilen zusammen – Solar und Energie. Solar bedeutet „die Sonne betreffend“, Energie lässt sich mit „wirkende Kraft“ übersetzen. Es handelt sich also kurz gesagt um die Kraft der Sonne.

Die Sonne besteht zu 70% aus Wasserstoff, zu 28% aus Helium und zu 2% aus verschiedenen anderen Elementen. Durch Kernfusionsprozesse im Inneren der Sonne entsteht elektromagnetische Strahlung, die in Wellen auf die Erde trifft. Ohne Sonnenenergie wäre das Leben auf unserem Planenten nicht möglich.

Die Sonne versorgt die Erde schon seit über 4,5 Milliarden Jahren mit Energie. Pflanzen sind gute Beispiele für die Nutzung von Solarenergie. Sie nehmen Sonnenlicht, CO2 und Wasser auf und erzeugen daraus Glucose und Sauerstoff. Das nennt man auch Photosynthese.

Ist Sonnen­energie und Solar­energie dasselbe?

Ja, die Begriffe Sonnenenergie und Solarenergie drücken dasselbe aus: Energie der Sonne. Du kannst die beiden Wörter also als Synonyme verwenden.

Hand wird in Sonnenstrahlen gehalten

Welche Arten von Sonnenenergie gibt es?

Genau wie die Pflanzen auf der Erde sind wir Menschen dazu in der Lage, uns die Sonne zu Nutze zu machen. Das geht auf unterschiedliche Arten. Zwei gute Beispiele dafür sind Photovoltaik und Solarthermie.

Wie funktioniert Photovoltaik?

Wenn Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird, spricht man von Photovoltaik. Meistens siehst du die blauen oder schwarzen Photovoltaikmodule auf Dächern von Einfamilienhäusern, es gibt aber auch größere PV-Anlagen auf Freiflächen. Photovoltaik ist einfach erklärt: Die Elektronen in den Solarzellen werden durch Sonnenstrahlung angeregt, sodass sie sich bewegen. So entsteht Gleichstrom, der mithilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt wird. Nun kannst du den mit deiner Solaranlage erzeugten Strom im Haushalt nutzen.

Für Mieter:innen oder Menschen mit kleinerem Budget ist ein Balkonkraftwerk perfekt geeignet. In unserem Blogbeitrag erklären wir, was du zum Thema Balkonsolar wissen musst.

Wie funktioniert ein Solarkollektor?

Sonnenstrahlung kann nicht nur in elektrische Energie, sondern auch in Wärme umgewandelt werden. Dieser Vorgang wird als Solarthermie bezeichnet. Auf einigen Dächern sieht man anstelle oder neben PV-Modulen auch Sonnenkollektoren, die aus Glasröhren bestehen. Die Funktionsweise ist einfach erklärt: Die Kollektoren fangen die Sonnenstrahlung auf und leiten die aufgenommene Energie weiter. Über eine spezielle Flüssigkeit, ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, wird die Wärme ins Haus transportiert. Diese wird von einem Speicher aufgenommen und kann zur Warmwasseraufbereitung oder Heizungsunterstützung genutzt werden.

Was ist besser – Solarthermie oder Photovoltaik?

Um Solarthermie und Photovoltaik vergleichen zu können, müssen wir uns verschiedene Faktoren wie die Kosten, den Installationsaufwand und den Wirkungsgrad ansehen.

Im Punkt Kosten gewinnt insgesamt die PV-Anlage, auch wenn die Anschaffungskosten höher sind. Meist amortisieren sich die Investitionskosten schneller als die einer Solarthermieanlage . Das bedeutet, dass du die Anschaffungskosten durch die Ersparnis in der Nutzung schneller ausgeglichen hast. Außerdem können Haushalte ihren nicht genutzten Strom ins Netz einspeisen und erhalten dafür eine Vergütung. Die Rentabilität von Solarkollektoren ist abhängig von den Öl- und Gaspreisen auf dem Markt. Je höher die Preise, desto schneller lohnt sich die Solarthermieanlage für dich. Die Anschaffungskosten für eine Photovoltaikanlage ohne Stromspeicher belaufen sich auf 9.000 bis 12.000 Euro, eine Solarthermieanlage liegt bei rund 4.500 bis 10.000 Euro.

Auch beim Installationsaufwand liegt die PV-Anlage vorn, denn die Module lassen sich einfacher anbringen als Solarkollektoren.

Im Gegensatz dazu beträgt der Wirkungsgrad von Sonnenkollektoren 50%, der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage beläuft sich hingegen auf nur 20%. Konkret heißt das, dass 50 bzw. 20% der auf die Solarzelle fallenden Sonnenstrahlen in Energie umgewandelt werden können. Außerdem arbeiten Sonnenkollektoren auch bei sehr hohen Temperaturen effizient und verlieren kaum an Wirkung, im Gegensatz zu PV-Anlagen. Trotz allem ist der Nutzen einer Solarthermieanlage auf das eigene Zuhause beschränkt. Wie wir in unserem Blogbeitrag zur Gasheizung erläutert haben, kann die Solarthermie in Kombination mit einem anderen Heizsystem genutzt werden, denn die erzeugte Wärme deckt den Heizbedarf eines Haushalts nicht vollständig. Mit PV-Modulen lässt sich hingegen so viel Strom erzeugen, dass du ihn sogar ins Netz einspeisen kannst.

Solaranlage und Strommast

Was sind die Vor- und Nachteile von Solarenergie?

Nun weißt du, wie Sonnenenergie entsteht und wie sie genutzt wird. Außerdem kennst du die Funktionsweise von PV-Anlagen und Sonnenkollektoren. Jetzt fragst du dich vielleicht, welche Vor- und Nachteile durch diese Art der Energiegewinnung entstehen. Das haben wir übersichtlich für dich zusammengefasst.

Welche Vorteile hat die Solarenergie?

Die Sonne ist eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle. Sie produziert noch mehrere Millionen Jahre lang kostenlose und umweltfreundliche Energie. Diese Art der Energiegewinnung ist emissionsfrei und trägt dazu bei, den Klimawandel einzudämmen. Außerdem herrschen keine politischen Abhängigkeiten, wie es zum Beispiel bei fossilen Rohstoffen wie Öl und Gas der Fall ist.

Ein besonderer Vorteil von Photovoltaikanlagen ist, dass der nicht genutzte Strom ins öffentliche Netz eingespeist werden kann. So steht nicht nur dem eigenen Haushalt umweltfreundlicher Strom zur Verfügung.

Was sind die Nachteile der Solarenergie?

Neben vielen Vorteilen gibt es auch einige Nachteile der Sonnenenergie. Der offensichtlichste Punkt auf unserer Kontra-Liste ist, dass die Sonne nicht immer scheint. Nachts und bei schlechtem Wetter können also Strom und Wärme nicht produziert werden.

Darüber hinaus ist der hohe Anschaffungspreis nicht für alle deutschen Haushalte erschwinglich.

Außerdem führt der geringe Wirkungsgrad dazu, dass Solaranlagen große Flächen benötigen, um Energie zu produzieren. Das sorgt für hohe Materialkosten.

Sonnenenergie ist umweltfreundlich, doch die Herstellung und Entsorgung der Module sind es noch nicht. Egal ob es sich um Photovoltaikanlagen oder Sonnenkollektoren handelt – beide Technologien verwenden seltene Elemente, die nur in geringen Mengen auf der Welt vorkommen. Beispiele dafür sind Silber und Indium. Des Weiteren sind Solarmodule Stand heute noch nicht vollständig recyclebar.

Ist Solarenergie die Energie der Zukunft?

Sonnenenergie wird in Zukunft eine große Rolle spielen. Die Sonne ist eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle. Neben Wind- und Wasserkraft wird die Solarenergie also zu einem wichtigen Instrument für die Energiewende. Noch gibt es viele ungenutzte Flächen, die potenziell mit Solaranlagen bebaut werden könnten.

Es werden immer mehr Ressourcen in die Erforschung von Solarenergie gesteckt. So kommen langfristig effizientere Module auf den Markt. Damit sinken die Materialkosten und Solaranlagen werden für alle Haushalte erschwinglicher. Darüber hinaus liegt das Augenmerk auf einer besseren Verwertung der Rohstoffe. Das Ziel ist es, unabhängiger von seltenen Elementen zu werden und besseres Recycling zu betreiben.

Wir gucken optimistisch in die Zukunft und sind gespannt darauf, wie sich der Solarmarkt in den nächsten Jahren entwickeln wird. Wir bei sparstrom möchten unseren Beitrag zur Energiewende leisten. Also stay tuned und abonniere unseren Newsletter, wir haben einiges geplant.

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