Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen ...

5.1 Einleitung
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II.5 Solare Elektrizitätserzeugung
Sonnenenergie ist die primäre Quelle der meisten erneuerbaren Energieformen. Ihre direkte Verwendung
zur Elektrizitätserzeugung kann einerseits unter Nutzung des photovoltaischen Effekts erfolgen, andererseits
durch einen thermischen Wandlungsprozess, bei dem die Sonneneinstrahlung über Spiegel auf Empfängersysteme
konzentriert wird, in denen eine Flüssigkeit erhitzt wird, die anschließend in einem konventionellen
Dampfkreislauf eine Turbine mit angekuppelten Generator antreibt. Diese konzentrierende solarthermische
Elektrizitätserzeugung erfordert direkte Sonneneinstrahlung. Für Photovoltaik ist hingegen die Globalstrahlung
entscheidend – wie auch für nicht-konzentrierende Solarthermie, die wohlerprobt für Brauchwassererwärmung
ist, sich allerdings wegen der nur niedrigen erreichbaren Temperaturen nicht zur Elektrizitätserzeugung
eignet.
Die globale Solareinstrahlung 1 pro Quadratmeter der Erdoberfläche beträgt ca. 1 kW/m 2 . Wolken, Dunst
oder Nebel führen zu deutlich niedrigeren Werten – und natürlich müssen der Jahres- und der Tagesgang
ebenfalls bedacht werden. In Deutschland beträgt deshalb die Einstrahlung über das Jahr gemittelt nur 2
110 W/m 2 . Je nach Standort kann damit in Deutschland mit einem jährlichen globalen Solarenergieangebot
von ca. 900 – 1230 kWh/m 2 /a gerechnet werden (Werte für 2008). Wolkenfreier Himmel ist in Deutschland
nicht die Regel. Er ist in den Mittelgebirgen Nordrhein-Westfalens am seltensten und im Oberrheingraben bei
Freiburg sowie im Alpenvorland am häufigsten anzutreffen. Im Mittel beträgt die Zahl der Stunden mit einem
hohen Anteil direkter Sonnenstrahlung ca. 1550 Stunden pro Jahr, also nur etwa 18% der gesamten
jährlichen Stundenzahl.
Zweckmäßigerweise sollten Solaranlagen für Elektrizitätserzeugung dort gebaut werden, wo optimale
Einstrahlungsbedingungen herrschen, also im „Sonnengürtel“, d.h. in südlichen Ländern Europas und in
Nordafrika und, wenn man über für Europa interessante Gebiete hinausgeht, auch in großen Gebieten
Australiens, Amerikas und Asiens. Verglichen mit Deutschland kann die eingestrahlte jährliche solare
Energie etwa in Südspanien und -italien doppelt so hoch sein und in Nordafrika liegt sie in geeigneten
Regionen mit >2300 kWh/m 2 /a um bis zu einem Faktor 2,5 über derjenigen vieler deutscher Standorte.
Entsprechend kleiner sind die erforderlichen spezifischen Modul- bzw. Absorberflächen und damit Flächenbeanspruchung
und Investitionskosten. Soweit nicht Dachflächen genutzt werden können, steht zudem bei
südlichen Standorten die Abschattung des Terrains durch Module bzw. Kollektoren oftmals nicht in Konkurrenz
zu anderer, insbesondere landwirtschaftlicher Nutzung, sondern kann diese ggf. sogar begünstigen.
Der Anteil direkter Strahlung ist im Sonnengürtel wesentlich höher, so dass sich im Gegensatz zu
Deutschland hier Stromerzeugung mit konzentrierender Solarthermie anbietet. Damit haben südliche Regionen
für die Gewinnung solarer Energie erhebliche Wettbewerbsvorteile gegenüber nördlicheren Standorten,
wobei allerdings übliche Photovoltaikelemente bei den oftmals hohen Temperaturen dieser südlichen
Standorte einen geringeren Wirkungsgrad aufweisen, also der Stromertrag nicht linear mit dem Strahlungsangebot
steigt.
Diese naturwissenschaftlichen Aspekte empfehlen, solare Stromerzeugung nicht dominant unter dem
Gesichtspunkt der Eigenversorgung auf deutschem Gebiet zu sehen. Hingegen könnte es ein erstrebenswertes
politisches Ziel sein, eine Spitzenstellung deutscher Forschung zu sichern, um damit einen möglichst
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Dies ist der Standardwert für den atmosphärischen Massenindex AM 1.5, d.h. 41,8° Sonnenhöhe. Nicht nur die Strahlungsleistung,
sondern auch die spektrale Verteilung variiert mit dem Einstrahlungswinkel.
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Quelle: Deutscher Wetterdienst