Solarcarport-Parkplatz für Firmen oder Einkaufcenter – Bild: Xpert.Digital / PATSUDA PARAMEE|Shutterstock.com
Solar Vanguard – Der solare Vorreiter in eine neue Energiewelt
Für viele ist es nichts Besonderes und selbstverständlich, und viele kennen es noch aus ihrer Kindheit: die faszinierenden Himmelskörper „Satelliten“ und ihre weitausgestreckten Solarzellen-Antennen. In einer Online-Umfrage verknüpften viele Photovoltaik mit Solaranlagen auf Dächern, Solarparks bzw. PV Freilandanlagen, aber keiner erwähnte die weltraumgestützte Solarenergie. Im Jahr 1958 flog der erste Satellit Vanguard I mit Solarzellen für die Energieversorgung. Es war der erste professionelle Einsatz einer Photovoltaik-Anlage und gleichzeitig der Startschuss für eine imposante technologische Entwicklung. Öl, Kohle und Kernenergie waren damals die Hauptträger der Energiegewinnung.
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Zum damaligen Zeitpunkt hätte keiner auch nur im geringsten ahnen können, dass diese Solarzellen-Technik einmal die Energieversorgung revolutionieren würde. Nun aber ist es so weit. Mit Solarcarports und Solarfassaden hat sich die Technik und Einsatzmöglichkeiten weiterentwickelt.
Passend dazu:
Neben der Solarpflicht und den EU-Direktiven machen sich nun viele auf, den Umstieg von der fossilen Energieerzeugung zur solaren Energiegewinnung voranzutreiben. Aktuell steht die Elektromobilität im Fokus, ist doch die Mobilität im Allgemeinen eines der Haupttreiber für die CO2-Emissionen, die es nun gilt, für Umwelt, Menschheit und Erde abzubauen und bis in den nächsten 20-30 Jahren zumindest in Europa auf ein Minimum zu reduzieren. Das CO2 ist schlecht für das Klima. Als Treibhausgas verhindert es, dass Wärme von der Erde ins Weltall entweicht. Dadurch heizt sich die Erde immer mehr auf.
Passend dazu:
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- Stecker-Solargerät: die Solar-Anlage für Balkon und Garten, vor allem auch für Dauercamper interessant
Mit der Photovoltaik gelingt auch der Schritt hin zur dezentralen autonomen Stromversorgung. Jeder hat die Chance, seinen eigenen Strom zum vergleichbaren günstigeren Preis selbst zu produzieren, ohne Abhängigkeit von Dritten. Das ist im Falle von Kohlekraftwerken und Kernenergie so nicht möglich gewesen.
Es geht auch um die in Zukunft einhergehenden höheren Kosten für Umweltschutzauflagen, Stromspitzen (Infrastruktur und Netzstabilität) und CO2-Bilanz.
Die CO2-Bilanz, auch Treibhausgasbilanz oder CO2-Fußabdruck genannt, wird in Zukunft mehr an entscheidenden Einfluss gewinnen, wenn es in der CO2-Kennzeichnung von Waren und Dienstleistungen steuerliche wie kostentechnische Aufschläge erfährt.
Passend dazu:
Das heißt, wer sich nicht an der eigenen autonomen Stromversorgung beteiligt, sondern weiterhin die externe fossile wie atomare Energietechnik in Anspruch nimmt, muss damit rechnen, in Zukunft dafür einen CO2-Aufschlag (CO2-Fußabdruck) zu zahlen, was einen spürbaren Wettbewerbsnachteil gegenüber Dritten darstellt. Teurere Produkte als die Konkurrenz sind auf Dauer nicht marktfähig. Daher kommt es nicht von ungefähr, dass Unternehmen wie Amazon schon früh mit dem Ausbau der autonomen Stromversorgung starteten.
Vanguard I - Der erste professionelle Einsatz von Photovoltaik
Am 17. März 1958 flog der zweite Satellit der USA namens Vanguard I mit einer chemischen Batterie und Photovoltaikzellen zum Betrieb eines Senders an Bord ins All. Nach langem Zögern seitens der US-Armee hatte sich Hans Ziegler (1911–1999) mit seiner Idee durchsetzen können, dass eine Energieversorgung mit Solarzellen den Betrieb des Senders länger gewährleisten würde als der Einsatz von Batterien. Entgegen den Erwartungen der Militärs konnten die Signale des Senders bis Mai 1964 empfangen werden, bevor er seine Signaltätigkeit einstellte.
Der Erfolg dieses kleinen Satelliten und die daran beteiligten Wissenschaftler legten den Grundstein für die erste sinnvolle Verwendung der bis dahin noch nahezu unbekannten und vor allem sehr teuren Solarzellen. Für viele Jahre wurden in der Folge Solarzellen vorwiegend für Raumfahrtzwecke weiterentwickelt, da sie sich als ideale Stromversorgung für Satelliten und Raumsonden bis Marsentfernung von der Sonne bewiesen. Die dadurch gegenüber dem Batteriebetrieb ermöglichte lange Nutzungsdauer der Raumflugkörper überwog den immer noch hohen Preis der Solarzellen je Kilowattstunde bei weitem. Darüber hinaus waren und sind Solarzellen gegenüber Radioisotopengeneratoren, die ähnlich lange Einsatzzeiten erlauben, billiger und risikoärmer. Die meisten Raumflugkörper wurden und werden daher mit Solarzellen zur Energieversorgung ausgestattet.
Im Jahr 2008 lieferten Solarzellen mit erhöhtem Wirkungsgrad mehrere Kilowatt Leistung für Nachrichtensatelliten mit über 30 Transpondern zu je etwa 150 Watt Sendeleistung oder stellten sogar die Antriebsenergie für Ionentriebwerke von Raumsonden zu Verfügung. Die Raumsonde Juno, die im August 2011 startete, bezieht sogar erstmals in einer Umlaufbahn um den Planeten Jupiter ihre Energie aus besonders effizienten und strahlungsresistenten Solarzellen. Fast alle der weltweit rund 1000 Satelliten, die im Einsatz sind, beziehen ihre Stromversorgung mit Hilfe von Photovoltaik. Im Weltraum wird eine Leistung von 220 Watt pro Quadratmeter erzielt.
Photovoltaik - Installierte Leistung in Deutschland
Photovoltaik – Installierte Leistung in Deutschland – Bild: Xpert.Digital
Die kumulierte elektrische Leistung aller netzgekoppelten Photovoltaikanlagen in Deutschland betrug im Jahr 2020 rund 54 Gigawattpeak. Bayern ist mit Abstand das Bundesland mit der meisten installierten Leistung, gefolgt von Baden-Württemberg und Nordrhein-Westfalen. Die geringste Nennleistung der Photovoltaikanlagen haben die Stadtstaaten Bremen, Hamburg und Berlin.
Photovoltaik
Die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie mithilfe von Solarzellen beschreibt die Stromerzeugung durch Photovoltaikanlagen. In Deutschland nimmt die installierte Leistung der Photovoltaikanlagen immer mehr zu. Auch global ist diese Entwicklung zu erkennen: Etwa ein Viertel der weltweit installierten Gesamtleistung befindet sich in China. Es folgen die USA, Japan und Deutschland, die im Vergleich deutlich weniger installierte Photovoltaikleistung aufweisen.
Erneuerbare Energien
Neben Photovoltaikanlagen ist beispielsweise auch die Wasserkraft ein regenerativer Energieträger. Sie sind, im Gegensatz zu den fossilen Energieträgern, erneuerbar. In Deutschland ist insbesondere die Windenergie von hoher Bedeutung. Auch im europäischen Vergleich ist die Stromerzeugung aus Windenergie hierzulande am höchsten. Es folgen mit Abstand das Vereinigte Königreich und Spanien.
Installierte Leistung (kumuliert) der Photovoltaikanlagen in Deutschland in den Jahren 2000 bis 2020
- 2000: 114 Megawatt
- 2001: 176 Megawatt
- 2002: 296 Megawatt
- 2003: 435 Megawatt
- 2004: 1.105 Megawatt
- 2005: 2.056 Megawatt
- 2006: 2.899 Megawatt
- 2007: 4.170 Megawatt
- 2008: 6.120 Megawatt
- 2009: 10.566 Megawatt
- 2010: 18.006 Megawatt
- 2011: 25.916 Megawatt
- 2012: 34.077 Megawatt
- 2013: 36.710 Megawatt
- 2014: 37.900 Megawatt
- 2015: 39.224 Megawatt
- 2016: 40.679 Megawatt
- 2017: 42.293 Megawatt
- 2018: 45.158 Megawatt
- 2019: 49.047 Megawatt
- 2020: 53.848 Megawatt
Photovoltaik - Anteil an der Stromerzeugung in Deutschland
Photovoltaik – Anteil an der Stromerzeugung in Deutschland – Bild: Xpert.Digital
Im Jahr 2020 wurden neun Prozent des erzeugten Stroms durch Photovoltaik produziert. Die Nutzung von Photovoltaikanlagen gewann mit den Jahren immer mehr an Bedeutung. So nahm der Anteil des regenerativen Energieträgers Sonne seit dem Jahr 2003 kontinuierlich zu.
Das Sonnenlicht als Energielieferant
Vorteil der Sonne als Energiequelle ist, dass sie kostenlos, uneingeschränkt und unbegrenzt zur Verfügung steht. Dies macht sich auch der Mensch zunutze und wandelt mithilfe von Solarzellen die Lichtenergie in elektrische Energie um. Der steigende Anteil von Photovoltaik an der gesamten Stromerzeugung lässt sich unter anderem auch durch die sinkenden Kosten der Anlagen und ein stärkeres Bewusstsein für die Nutzung erneuerbarer Energien begründen.
Erneuerbare Energieträger
Während der Anteil der Kernenergie und Steinkohle an der Stromerzeugung in Deutschland abnimmt, steigt gleichzeitig der Anteil aller regenerativen Energiequellen. Neben der Nutzung von Photovoltaikanlagen wird der Strom auch aus den erneuerbaren Energieträgern Wasser, Wind, Biomasse und Erdwärme gewonnen. Die Windenergieanlagen an Land produzieren mit Abstand die größte Menge an erneuerbarer Energie in Deutschland.
Anteil der Photovoltaik an der Bruttostromerzeugung in Deutschland in den Jahren 2002 bis 2020
- 2002: 0 in %
- 2003: 0,1 in %
- 2004: 0,1 in %
- 2005: 0,2 in %
- 2006: 0,3 in %
- 2007: 0,5 in %
- 2008: 0,7 in %
- 2009: 1,1 in %
- 2010: 1,8 in %
- 2011: 3,2 in %
- 2012: 4,2 in %
- 2013: 4,9 in %
- 2014: 5,7 in %
- 2015: 6 in %
- 2016: 5,9 in %
- 2017: 6 in %
- 2018: 6,9 in %
- 2019: 7,5 in %
- 2020: 8,9 in %
Erneuerbare Energien - Verteilung der Stromerzeugung nach Energieträger
Erneuerbare Energien – Verteilung der Stromerzeugung nach Energieträger – Bild: Xpert.Digital
Im Jahr 2020 lag der Anteil der Stromerzeugung aus Windkraft an Land bei 42 Prozent an der Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern in Deutschland. Bezogen auf alle Energiequellen, also auch die konventionellen, lag der Beitrag von Onshore-Windenergie an der Bruttostromerzeugung im Jahr 2020 bei rund 19 Prozent.
Stromerzeugung erneuerbarer Energien
Regenerative Energieträger sind im Gegensatz zu den Fossilen Energieträger, wie Kohle- und Kernenergie, erneuerbar. Sie erzeugen aktuell in Deutschland fast die Hälfte des gesamten Stroms. Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien nahm in den vergangenen knapp 30 Jahren kontinuierlich zu. Im bundesweiten Vergleich gehören Mecklenburg-Vorpommern, Schleswig-Holstein und Thüringen zu den Bundesländern mit dem höchsten Anteil erneuerbarer Energien an der Bruttostromerzeugung.
Windenergie in Deutschland
In Bezug auf die Windenergie war Deutschland im Jahr 2019 neben China und den USA eines der wichtigsten Länder weltweit nach installierter Windenergieanlagenleistung. Die Menge des erzeugten Stroms aus Windenergie nahm sowohl an Land als auch auf See in den letzten Jahren deutlich zu. Gleichzeitig stieg sowohl die Anzahl der Offshore- als auch der Onshore-Windenergieanlagen erkennbar.
Verteilung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland nach Energieträger im Jahr 2020
- Windkraft Onshore: 42 in %
- Photovoltaik: 20 in %
- Biomasse: 18 in %
- Windkraft Offshore: 11 in %
- Wasserkraft*: 7 in %
- Hausmüll**: 2 in %
* Erzeugung in Lauf- und Speicherkraftwerken sowie Erzeugung aus natürlichem Zufluss in Pumpspeicherkraftwerken.
** Nur Erzeugung aus biogenem Anteil des Hausmülls (ca. 50 %). Werte wurden im Vergleich zur Originalquelle zum besseren Verständnis der Statistik in Prozentangaben umgerechnet und gerundet.
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Konrad Wolfenstein
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