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

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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

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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 . 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.
  

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.
  

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 derzeit mit bis zu 35,49 Cents/kWh vergütet [8] und die Installation der Anlage teils subventioniert wird. Mit Erzeugungskosten von aktuell (Stand: 1.1.09) 30 - 50 Cents/kWh [7] ist PV-Strom weit jenseits volkswirtschaftlicher Rentabilität.

Der gesamte Stromverbrauch Deutschlands beträgt rund 600 TWh, davon wurden 2009 nur etwa 1,0 % mittels Photovoltaik erzeugt [9]. Im Jahr 2010 überschritt die installierte Nennleistung in Deutschland die 10 GW-Marke. An sehr sonnigen Tagen können bis zu 3/4 der Nennleistung, also etwa 7,5 GW, tatsächlich realisiert werden.

Der Ausbau der PV-Nennleistung vollzieht sich in Deutschland aufgrund der hohen Vergütung nach dem EEG sehr schnell.
Installierte Nennleistung in MW:
01.01.2011:  19.000    [10].
01.01.2010:    9.863
01.01.2009:    5.996    [11].
  

PV-Anlagen rentieren sich vor allem 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 oder ihren bisher geringen Wirkungsgrad (20 %) zu steigern. Die Forschungen dazu dauern noch an. Optimistischen Schätzungen zufolge könnte PV-Strom bei wachsenden Kosten fossiler Energieträger ab etwa 2012 in Südeuropa wettbewerbsfähig werden [12].

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