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Lexikon Solarenergie
 
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Die Energie aus den Sonnenstrahlen kann auf zwei unterschiedliche Weisen genutzt werden:

  • Solarthermie: Umwandlung in Wärme, ggf. anschließend weitere Umwandlung der Wärme in Strom (Solarthermie-Kraftwerk)
  • Photovoltaik: direkte Umwandlung in Strom
       


Heliostaten
Infografik: Solarturm / Großanischt in: DIE ZEIT Nr.26/22.6.06, S.28

Großansicht [ZEIT]

Solarthermie:

Die Energie aus den Sonnenstrahlen wird mittels geeigneter Anlagen zunächst in Wärme umgewandelt, z.B. wird in einem Sonnenkollektor eine Spezialflüssigkeit erhitzt, die dann über einen Wärmetauscher für die Warmwasserbereitung oder Heizung genutzt werden kann. Dabei sind die Temperaturen weit unter 100 °C und damit ungeeignet für die Stromerzeugung. In Solarthermiekraftwerken werden die Sonnenstrahlen jedoch z.B. mit Heliostaten oder Parabolrinnen so stark gebündelt und fokusiert (CSP = Concentrated Solar Power), dass Temperaturen um 400 °C erreicht werden, wodurch die Verdampfung einer Flüssigkeit möglich wird. Mittels Dampfturbine kann dann wie in konventionellen Wärmekraftwerken Strom erzeugt werden.

Parabolrinnen
Infografik: Solarturm / Großanischt in: DIE ZEIT Nr.26/22.6.06, S.28

Großansicht   [ZEIT]

CSP-Solarkraftwerke, also Kraftwerke, die auf der Bündelung von Sonnenstrahlen beruhen, haben sich bereits seit Jahren in der Praxis technisch bewährt, z.B in der Mojave-Wüste, wo seit den 1980-Jahren 9 derartige Kraftwerke jährlich rund 800 MWh Strom erzeugen Solarserver.de: Solar-Report 2007. Nachdem jedoch die Preise für fossile Energien nach Überwindung der Ölkrisen wieder einbrachen, rentierten sich die CSP-Kraftwerke über lange Jahre zunächst nicht mehr. Durch die sich abzeichnenden Engpässe vor allem beim Erdöl ist jedoch nach Überwindung der aktuellen Wirtschafts- und Finanzkrise wieder mit einem starken Anstieg der Energiepreise zu rechnen, weshalb CSP-Solarkraftwerke schon in der nächsten Dekade rentabel werden könnten.
  

DESERTEC: Wüstenstrom

Die am 13.07.09 gegründete DESERTEC-Initiative plant, Solarstrom im großen Maßstab mit zahlreichen Solarthermiekraftwerken (etwa der Andasol-Klasse) in den Wüsten Nordafrikas und Arabiens zu erzeugen und damit die komplette Stromversorgung der Anrainerländer sowie zusätzlich Meerwasserentsalzungsanlagen auf Strombasis bereitzustellen. Überschüssiger Solarstrom soll mittels HGÜ nach Europa exportiert werden. Um die Versorgungssicherheit zu steigern, soll der Großraum Nordafrika, Nahost und Europa über ein weiträumiges leistungsfähiges Stromnetz (Supergrid) vernetzt werden.
  

Andasol 1
Andasol 1: Großansicht bei gruppeneva.es Großansicht 

Wegen der geringen Energiedichte der Sonnenstrahlen beanspruchen Solarkraftwerke jedoch große Anlagenflächen [1] . Das bisher weltweit größte Solarkraftwerk, das Parabolrinnen-Kraftwerk Andasol 1 in Andalusien (Spanien), hat z.B. eine Kollektorfläche von 510.000 m²  (71 Fußballfelder [2] ). Es nahm im Oktober 2008 den Testbetrieb auf [3] und wird im Normalbetrieb pro Jahr geschätzte 179 GWh Strom erzeugen. Um die Strommenge eines konventionellen Großkraftwerks zu erzeugen, müssten rund 56 Solarkraftwerke der Andsol-Klasse gebaut werden [4] . Würde dieser Solarstrom nach Deutschland exportiert, entstünden insgesamt Kosten von 9 - 12 Cents/kWh [5].
  



Photovoltaik:

Die Sonnenstrahlen treffen auf Solarzellen, die zunächst Gleichstrom erzeugen. Damit dieser ins allgemeine Stromnetz eingespeist werden kann, wird er mittels Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt.
In Deutschland werden pro Jahr etwa 750 kWh Strom pro installierter 1 kW Spitzenleistung erzielt, wozu Solarzellen mit einer Fläche von 8 - 10 m²  benötigt werden [6] . Ein 4-Personenhaushalt mit einen Stromverbrauch von z.B. 4500 kWh pro Jahr müsste also eine PV-Anlage mit 6 kW Spitzenlast mit einer Fläche zwischen 48 - 60 m²  installieren. Da bisher keine effektiven preiswerten Möglichkeiten zur Speicherung des Solarstroms im Haushalt existieren, muss er am öffentlichen Stromnetz angeschlossen bleiben, damit auch nachts und bei bedecktem Himmel tagsüber genügend Stromleistung zur Verfügung steht. PV-Anlagen in Deutschland rentieren sich aus Sicht eines Privathaushalts allenfalls dadurch, dass der ins Netz eingespeiste Solarstrom weit über Marktwert vergütet und die Installation der Anlage teils subventioniert wird. Auch wenn inzwischen (Stand: Ende 2012) in Deutschland die Netzparität erreicht wird, bleibt PV-Strom volkswirtschaftlich solange unrentabel, wie es keine preiswerten großvolumigen Langzeit-Stromspeicher für Strom gibt [7] .

 

Der gesamte Stromverbrauch Deutschlands beträgt rund 600 TWh [8], davon wurden 2012 nur ca. 4,5 % mittels Photovoltaik erzeugt [9]. Im Jahr 2012 überschritt die installierte Nennleistung in Deutschland die 30 GW-Marke [10]. An sehr sonnigen nicht zu warmen Tagen (oft im Mai) können in der Spitze bis zu etwa 3/4 der installierten Nennleistung um die Mittagszeit tatsächlich realisiert werden. An solch günstigen Tagen kann die Spitzenlast mittags in Deutschland inzwischen gedeckt werden, was früher durch Pumpspeicherkkraftwerke erfolgte, die sich nun bei sinkender Auslastung immer weniger rentieren, obwohl sie als Strompuffer um so mehr gebraucht werden, je mehr die Photovolatik ausgebaut wird. Dies trifft auch auf die Reserve-Kraftwerke (Erdgas, Biogas,Kohle) zu, die nachts und an vielen trüben Tagen die dann fehlende PV-Leistung kompensieren müssen.
Auch wenn PV-Anlagen in Südeuropa sowie Nordafrika/ Naher Osten zusammen mit Stromtransport nach Deutschland (DESERTEC) weitaus günstiger wären [11], spielen sie bei großräumiger Vernetzung in einem optimierten Energiemix kaum eine Rolle, weil ihre Kosten im Vergleich etwa zur Windkraft bis auf Weiteres viel zu hoch bleiben [12] .
  

 

PV-Anlagen rentieren sich eher in Entwicklungsländern im ländlichen Raum, weil dort meist keine Netzanbindung besteht. Die Photovoltaik kann erhebliche Potenziale erlangen, falls es gelingt, die Solarzellen deutlich preiswerter als bisher zu produzieren und ihren bisher geringen Wirkungsgrad (20 %) zu steigern. Außerdem müssten effektive großvolumige Langzeit-Stromspeicher entwickelt werden. Die Forschungen dazu dauern noch an. Optimistischen Schätzungen zufolge könnte PV-Strom bei wachsenden Kosten fossiler Energieträger ab etwa 2012 in Südeuropa wettbewerbsfähig werden [13] , wobei allerdings die notwendigen Reservekraftwerke bzw. Stromspeicher nicht eingerechnet sind [14] .

 

  
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Jahrgang:  2009  2010  2011  2012  2013  2014 
zum SeitenanfangPhotovoltaik-Strom in Deutschland: Basisdaten

 

Jahr
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
h
GWp
GWp
TWh
%
Mt CO2
GW
h
%
2013
8760
3,3
35,7
29,7
5,0
3,39
832
9,5
2012
8784
7,6
32,4
28,0
4,5
12,8
3,19
864
9,8
2011
8760
7,5
24,8
19,3
3,2
14,0
2,2
778
8,9

Datenstand: jeweils Ende des Jahres;   2012, 2013: Schätzung 
Quelle: (1) - (5): BSW-Solar; (6) - (9): eigene Berechnung

(1) Anzahl Stunden im Jahr: Normaljahr 365*24 h = 8760 h; Schaltjahr = 8784 h
(2) neu installierte Nennleistung (Peak) in GW
(3) ingesamt installierte Nennleistung (Peak) in GW
(4) im Jahr erzeugter PV-Strom (TWh)
(5) Anteil des PV-Stroms an der gesamten Stromerzeugung (%)
(6) eingesparte CO2-Emssionen (Mt CO2)        
    Berechnung aus (4) seitens BSW-Solar unklar. Hinweis: (6) / (4) =  457 g CO2/kWh,
     zum Vergleich: Kohle 700-900 g;  Erdgas 340 g.
    (6) ergibt sich vermutlich als gewichtetes Mittel aus Erdgas und Kohle 
(7) durchschnittlich realisierte Leistung = (4) / (1)    
(8) durchschnittliche Volllaststunden im Jahr = (4) / (3)
(9) Anteil der Volllaststunden am gesamten Jahr = (8) / (1).
    (9) auch = (7) / (3) = Anteil der realisierten an der installierten Leistung.

 

Daten/ Statistiken/ Infografiken: Aktuelles   (die jüngsten Datensätze)
Haushaltsenergie
Energie fürs Wohnen / Infografik Globus 6776 vom 20.11.2014
20.11.14   (508)
dpa-Globus 6776: Energie fürs Wohnen
Der jährliche Energieverbrauch pro Haushalt (in kWh) ist von 17863 im Jahr 2005 auf 16424 in 2012 gesunken. Dann stieg er auf 16973 im Jahr 2013.
Alle Haushalte zusammen verbrauchten 2013 679 TWh Energie, 3,9 % mehr als 2012. Der Verbrauch stieg bei allen Energiezwecken, beim Heizen mit 4,6 % besonders stark.  Anteile im Jahr 2013 in %:
Energieträger: Gas 42, Strom 20, Öl 18, EE 12, Fernwärme 7, Kohle1.
Energiezwecke: Heizung 70, Warmwasser 13, Haushaltsgeräte 9, Kochen/ Waschen u.a. 6, Beleuchtung 2.
Quelle: Statistisches Bundesamt

Großansicht der Infografik:  Bezug  

| Erdgas | Erdöl | Kohle | Biomasse | Solarenergie | Strom |
Umweltkosten
Umweltkosten der Stromerzeugung / Infografik Globus 6099 vom 12.12.2013
12.12.13   (488)
dpa-Globus 6099: Umweltkosten der Stromerzeugung
Die Umweltkosten umfassen u.a. die Schäden durch Emissionen (Treibhausgase, Luftschadstoffe) und dadurch verursachte Gesundheitsschäden, in Cent/kWh:
Braunkohle 10,75; Steinkohle 8,94; Erdöl 8,06; Erdgas 4,91; Biomasse 3,84; Photovoltaik 1,18; Windenergie 0,26; Wasserkraft 0,18.
Durch den Ausbau der erneuerbarer Energien werden enorme Kosten für Umwelt und Gesundheit vermieden: 8 Mrd. Euro im Jahr 2011.
Datenstand: 2012; Datenquelle: UBA

Großansicht der Infografik:  Galerie    Bezug

| Strom | Kohle | Erdöl | Erdgas | Biomasse | Solarenergie | Windenergie | Wasserkraft | Erneuerbare Energien | Fossile Energien | Treibhausgase |
EE-Förderung
Förderung erneuerbarer Energien; Erneuerbare Energiegesetz (EEG); EE-Umlage pro kWh; Solaranlagen; Biomasse; Wasserkraft; Gas; Geothermie; Ökostrom-Anteil / Infografik Globus 4833 vom 08.03.2012
08.03.12   (394)
dpa-Globus: Förderung erneuerbarer Energien
Die rote Kurve zeigt den Anstieg des Ökostrom-Anteils von 3,6 % im Jahr 1990 auf 19,9 % im Jahr 2011. Der starke Anstieg liegt vor allem an der Förderung Erneuerbarer Energien (EE) nach dem EEG. Das Kreisdiagramm stellt die Verteilung der EEG-Umlage von insgesamt 3,59 Ct/kWh auf die EE-Arten dar (in Ct): Solaranlagen 1,86; Biomasseanlagen 0,84; Onshore-Windkraft 0,45; Offshore-Windkraft 0,04; Wasserkraft, Gas- und Geothermieanlagen: 0,04; Sonstige 0,37.

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| Erneuerbare Energien | EEG | Windenergie | Solarenergie | Wasserkraft | Geothermie | Ökostrom |
Daten/ Statistiken/ Infografiken: Archiv   (jahrgangsweise chronologisch)
Jahrgang:  2008  2009  2010  2011  2012  2013  2014 

 
Dokumente: Aktuelles   (die jüngsten Datensätze)
WEO-2014
WEO-2014
12.11.14   (113)
IEA: World Energy Outlook 2014
Jährlich im November veröffentlicht die IEA ihren "World Energy Outlook" (WEO), eine umfangreiche Datensammlung zur Entwicklung der Primärenergieträger in der Vergangenheit sowie Prognosen, in diesem Jahr erstmals bis zum Jahr 2040, samt daraus sich ergebender Konsequenzen für die Versorgungssicherheit sowie den Umwelt- und Klimaschutz. Erfasst werden die nicht regenerierbaren Energiequellen (Öl, Kohle, Gas, Atomkraft) und einige der regenerierbaren (Wasserkraft, Windkraft, Solarenergie, Biomasse) im Hinblick auf Energienachfrage und - angebot sowie Energiehandel und Investitionen in Infrastruktur. 2014 zählen u.a. die Gas- und Ölschwemme, verursacht durch Fracking in den USA, zu den Schwerpunktthemen. Aus diesem Datenpool werden ergänzend diverse Statistitiken zu den energiebedingten CO2-Emissionen abgeleitet. Zunehmend werden auch Aspekte wie Energieverteuerung und Folgen der Klimaerwärmung analysiert. Wie schon in den letzten Jahren sieht die IEA die Risiken wachsen, dass das 2°C-Ziel weit verfehlt wird und schlägt deshalb verschiedene Maßnahmen zum drastischen Reduktion der Treibhausgas-Emissionen vor.
  
Informationen: Überblick/ Inhaltsverzeichnis/ Bestellung / Presse-Präsentation  
Download: Pressepräsentation mit den zentralen Aussagen und Infografiken [pdf]

| Energie/ Ressourcen | Fossile Energien | Erdöl | Kohle | Erdgas | Atomenergie | Erneuerbare Energien | Windenergie | Solarenergie | Wasserkraft | Biomasse | Fracking | Treibhausgase | Klimaerwärmung | 2 °C - Schwelle |
Energieverbrauch
D-2012.
Energieverbrauch-2012.:  Grafik Großansicht
22.03.13   (111)
AGEB-Jahresbericht: Energieverbrauch 2012 in Deutschland
Im Vergleich zum Vorjahr stieg der Primärenergieverbrauch (PEV) 2012 um 0,9 % auf 13.645 PJ .  Hauptgrund für den Anstieg war der erhöhte Wärmebedarf aufgrund wesentlich kühlerer Witterung, temperaturbereinigt  sank der PEV 0,8 % infolge gedämpfter Konjunktur (BIP-Anstieg 0,7 % ). Der Verbrauch von Braun- bzw. Steinkohle stieg um 5,3 bzw. 3,1 %, Erdgas stieg um 1,4 %, Erdöl sank um 0,5 %. Durch die Stilllegung von Kernkraftwerken sank der Anteil der Kernenergie von 8,7 auf 8 % und die Erneuerbaren Energien stiegen von 10,8 auf 11,6 %. Der Bruttostromverbrauch betrug 595 TWh, der niedrigste Wert seit 2003. Die Bruttostromerzeugung stieg auf 617 TWh, wobei der Anteil der Kernenergie von 17,7 auf 16,1 % sank und die Erneuerbaren von 20,3 auf 22 % stiegen. Wichtigster Energieträger blieb aber die Braunkohle, deren Anteil sogar von 24,6 auf 25,7 % stieg, was wegen der hohen CO2-Emissionen besonders klimaschädlich ist.

Download: Jahresbericht 2012: Energieverbrauch in Deutschland [pdf, 1,0 MB, AGEB 22.03.13]

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WEO-2012
IEA: World Energy Outlook (WEO) 2012
12.11.12   (102)
IEA: World Energy Outlook 2012
Jährlich im November veröffentlicht die IEA ihren "World Energy Outlook" (WEO), eine umfangreiche Datensammlung zur Entwicklung der Primärenergieträger in der Vergangenheit sowie Prognosen bis zum Jahr 2035 samt daraus sich ergebender Konsequenzen für die Versorgungssicherheit und den Umwelt-/Klimaschutz. Erfasst werden die nicht regenerierbaren Energiequellen (Öl, Kohle, Gas, Atomkraft) und einen Teil der regenerierbaren (Wasserkraft, Windkraft, Solarenergie, Biomasse) im Hinblick auf Energienachfrage und - angebot sowie Energiehandel und Investitionen in Infrastruktur. Aus diesen Daten werden ergänzend diverse Statistitiken zu den energiebedingten CO2-Emissionen abgeleitet. Zunehmend werden auch Aspekte wie Energieverteuerung und Folgen der Klimaerwärmung (u.a. Kühlwassermangel) analysiert. Wie schon im WEO 2011 sieht die IEA die Risiken wachsen, dass das 2°C-Ziel weit verfehlt wird und schlägt deshalb ein umfassendes Maßnahmenbündel zur drastischen Steigerung der Energieeffizienz vor.
  
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Download: Pressepräsentation mit den zentralen Aussagen und Infografiken [pdf, 890 KB]

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zum Seitenanfang externe Links
Wikipedia  Sonnenenergie  Solartechnik  Sonnenkollektoren  Solarthermie  Photovoltaik
Sonnenseiten Portal zur Sonnenenergie des Journalisten Franz Alt
Eurosolar Europäische Vereinigung für Erneuerbare Energien
BSW Bundesverband Solarwirtschaft (BSW)
DGS Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie
SFV Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.
Online-Rechner für PV-Anlagen Energieagentur NRW: Online-Rechner für Photovoltaik-Anlagen
Auch nach Absenken der Einspeisevergütung für PV-Strom lohnt sich die Installation einer PV-Anlage bei vielen Gebäuden, weil die PV-Anlagen preiswerter geworden sind. Ob sich eine PV-Anlage rentiert, hängt allerdings von einigen Faktoren (u.a.Sonnenscheindauer, Dachausrichtung und - neigung) ab, die beim Online-Rechner erfasst werden. Als Ergebnis erstellt er dann eine Tabelle, wo die Kosten und Einnahmen gegenüber gestellt werden. Zusätzlich zeigt eine Kurve an, ab welchem Jahr sich die PV-Anlage amortisiert hat.
Energieagentur NRW: Online-Rechner für PV-Anlagen
 
zum Seitenanfang Anmerkungen
Anmerkungen werden im obigen Text durch [n] markiert, wobei n eine interne Nummer ist, die der zeitlichen Reihenfolge der Einführung der Anmerkungen [1], [2], [3], ..., folgt, die im Zuge von Ergänzungen abweichen kann von der Reihenfolge im Text. Durch einen Klick auf   [n]  gelangt man an die Textstelle der Anmerkung.
  
Bei sich möglicherweise verändernden Quellen (Websites) wird das Datum des Zugriffs (Z TT.MM.JJ) notiert, ansonsten das interne Datum [TT.MM.JJ] der jeweiligen Quelle, sofern vorhanden.
  
[1] An guten Standorten (Sahara) werden im Jahr pro m²  rund 2500 kWh Sonnenenergie eingestrahlt, also im Durchschnitt 2500 kWh / (365 • 24 h) = 285 W. Für 1 kW Leistung werden also selbst an guten Standorten 3,5 m² Einstrahlfläche benötigt. Ein fossiles (Kohle/ Atom) Großkraftwerk hat typischerweise eine Leistung in der Größenordnung von 1 Mio kW. Bei einem Wirkungsgrad von etwa 25 % bei Solarkraftwerken werden also 4 • 3,5 Mio m² = 14 km²  benötigt.
Dies ist jedoch nur die rein rechnerische Einstrahlfläche. Bei Solarkraftwerken ist die tatsächlich beanspruchte Fläche viel größer, da z.B. die Spiegelsysteme nicht lückenlos montiert werden können und auch genügend Freiraum für Wartungsarabeiten benötigt wird. Mit 1 km²  Fläche lassen sich pro Jahr ca. 0,1 TWh erzielen*, für 10 TWh (Größenordnung der Strommenge eines konventionellen Großkraftwerks) wird also eine Fläche von ca. 100 km²  benötigt. Der gesamte Stromverbrauch Deutschlands (ca. 600 TWh) erfordert also eine Fläche von ca. 6000 km² = 77,5 km • 77,5 km.
* Datenquelle:  Wüstenstrom-Studie, S.12, linke Spalte 3.Absatz
[2]   Schott.com: Parabolrinnen-Kraftwerk "Andasol 1": Daten und Fakten
Beim Fußballfeld üblich sind 68 m • 105 m.  510.000/(68 • 105 ) = 71,4
[3]   Solar Millennium: Andasol 1 nimmt Testbetrieb auf [15.10.08]
[4]   pte:Baustart für größtes Solarkraftwerk der Welt [20.7.08]
Zum Vergleich: Die Strommenge eines konventionellen (Kohle/Atom) Großkraftwerks hat eine Größenordung von 10
TWh, also rund 56 mal so viel wie 179 GWh = 0,179 TWh. Der gesamte Stromverbrauch Deutschlands ist 600 TWh / 0,179 TWh = 3352 mal so groß.
[5]   dpa Grafik 3731: Stromerzeugung und Klimabilanz
[6]   Wikipedia: Photovoltaik (Z 11.11.08)
[7] Bei Kosten von z.B. 1400 € pro installierter kWp und einem Ertrag von 900 kWh im Jahr betragen die Stromgestehungskosten 11,6 Ct/kWh, weit weniger als der Privatkundenpeis für Netzstrom: Er betrug im Okt.2012 im Durchschnitt 25,89 Ct. (Wikipedia 9.1.13) . Bei den Kosten für PV-Strom bleiben aber die Kosten für Reservekraftwerke und großvolumige Langzeit-Stromspeicher unberücksichtigt.
[8]   siehe: Daten/ Statistiken zum Ökostrom > Deutschland
[9] BSW-Solar: Statistische Zahlen der deutschen Solarstrombranche [BSW-Solar Sep.2012]
[10] s. Tabelle "Photovoltaik-Strom in Deutschland: Basisdaten" (diese Seite)
[11] In Deutschland strahlen im Jahr pro m² ca. 700 -1000 kWh ein, in der Sahara rund 2500 kWh.
[12] Gregor Czisch: Szenarien einer zukünftigen Stromversorgung [11.4.06]
[13] Friederike Rüll: Billigstrom der Zukunft kommt von der Sonne [VDI-nachrichten 19.9.08]
[14] Bei den Kosten z.B. von Solarstromimport aus Spanien (9-12 Ct/kWh) werden Aufwendungen für Reservekraftwerke oder Speichersysteme in Deutschland nicht berücksichtigt.
 

Stand: 10.05.10/zgh   Erneuerbare Energien   
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