Wie passen Klimawandel, Energiewende und Photovoltaik zusammen?

Der Klimawechsel hat die Welt voll im Griff. Ein Hitzerekord schlägt den anderen. Dürreperioden, plötzliche Unwetter und Überflutungen nehmen weltweit stetig zu. Auch Deutschland ist davon betroffen. Die Antwort auf diese Naturkatastrophen heißt Energiewende und Klimaneutralität. Deutschland will bis 2045 klimaneutral werden. Hauptziel ist eine klimafreundliche nachhaltige Energieerzeugung ohne Atom­kraft und fossile Energieträger. Um dieses Ziel zu erreichen, muss Deutschland das derzeitige Energiesystem zügig umbauen. Der Ausbau von erneuerbaren Energien spielt dabei eine zentrale Rolle. Neben Wasserstoff-Projekten sind damit bevorzugt Wasser-, Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen gemeint. Unter den erneuerbaren Energien ist dabei Photovoltaik (kurz PV-Anlagen) für die Energiewende von großer Bedeutung, schon allein aufgrund der deutschlandweiten Verfügbarkeit.

Was ist Photovoltaik?

Unter Photovoltaik versteht man die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Als Transformationsmittel fungieren Solarzellen, die meist kristalline Silliziumzellen enthalten. Sie kommen entweder auf Dächern oder Freiflächen zum Einsatz. Die von ihnen erzeugte Energie fließt in öffentliche beziehungsweise private Netze. Damit werden herkömmliche Kraftwerke schrittweise überflüssig. Wichtigster Bestandteil von PV-Anlagen sind die Solarmodule, bzw. Solarzellen. Diese kleinen Kraftwerke strotzen vor photoelektrischer Aktivität. Je höher der Wirkungsgrad der Solarzelle, desto kostengünstiger ist der erzeugte Strom. Die Energieeffizienz einer Solarzelle ist abhängig vom verwendeten Typ. Monokristalline Solarzellen erzielen mit ca. 18 – 22 % den höchsten Wirkungsgrad. Polykristalline Solarzellen erreichen nur 15 – 18 % und Dünnschichtmodule nur 5 – 10 %. Doch es gibt bereits neue Entwicklungen. Ein großer Fortschritt sind sogenannte Tandemsolarzellen, die unterschiedliche Teile des Lichtspektrums zur Stromerzeugung nutzen. Mit dieser innovativen Technik wurden bereits Wirkungsgrade von bis zu 40 % erreicht.

Wie funktionieren Solarzellen?

Die Funktionsweise von Solarzellen ist einfach erklärt. Jede Zelle enthält Halbleitermaterial (Siliziumkarbid), ein Festkörper, dessen elektrische Leitfähigkeit sich durch Energiezufuhr erhöht. Bei steigender Temperatur oder Lichteinfall werden Elektronen aus den Bindungen zwischen den Siliziumatomen freigesetzt. Diese bewegen sich innerhalb der Zelle und es entsteht Strom.

Vor- und Nachteile von PV-Anlagen im Vergleich

Der größte Vorteil liegt auf der Hand. Die Stromerzeugung durch Sonneneinstrahlung ist eine saubere, emissionsfreie und zudem unerschöpfliche Form der Energiegewinnung. Überdies haben PV-Anlagen auch eine lange Lebensdauer. Sie können 25 bis 30 Jahre grüne Energie liefern. Ein Nachteil ist zugegebenermaßen ihre Abhängigkeit von Wetter und Jahreszeit. Weniger Sonne bedeutet weniger Energie. Doch das tut ihrer Nutzung für die Stromproduktion keinen Abbruch. Denn PV-Anlagen funktionieren auch bei diffuser Strahlung. Sie benötigen im Prinzip nur Tageslicht, um Strom zu erzeugen. PV-Anlagen arbeiten in den Mittagsstunden, wenn die Sonne am höchsten steht, am effektivsten. Bei Bewölkung ist die Leistung geringer. Der Stromertrag beträgt aber im Sommer noch bis zu 30 %. Im Winter reduziert sich der Ertrag allerdings noch mal um ca. 50 %. Selbst bei Regen produzieren PV-Anlagen noch bis zu 10 bis 25 % der Leistung, die sie bei klarem Wetter erbringen. Nur in der Nacht erzeugt die Photovoltaikanlage keinen Strom. Es gibt noch mehr Faktoren, die sich negativ auf die Energieerzeugung einer PV-Anlage auswirken können. Zum Beispiel verringert Verschattung durch Gebäude, Schornsteine, Bäume oder andere Hindernisse die Leistung der PV-Anlage. Daher ist eine schattenfreie Platzierung wichtig. Ebenso hat die Ausrichtung der Solarmodule einen Einfluss auf ihre Leistung. Nach Süden ausgerichtete Module fangen mehr Sonnenlicht ein als Module, die nach Norden ausgerichtet sind.

Weitere Vorteile einer PV-Anlage

Mit einer PV-Anlage selber produzierter Solarstrom ist günstiger als Strom aus dem öffentlichen Netz. Für letzteren sind zurzeit 30 Cent pro kWh zu bezahlen, mit steigender Tendenz. Strom aus der hauseigenen PV-Anlage hingegen kostet nur unschlagbare 8,5 Cent pro kWh. PV-Anlagen sind zwar teuer in der Anschaffung, doch lohnen sie sich energetisch bereits nach einem Jahr, dann hat die Anlage genug Strom erzeugt, um die Anschaffungskosten zu kompensieren. Außerdem sind die überwiegenden Teile einer PV-Anlage auch gut recycelbar. Die Rohstoffe können wiederverwertet werden. Eine der nachhaltigen, kostengünstigen und gleichzeitig klimaneutralen Lösungen unserer Energieprobleme Richtung Energiewende heißt somit eindeutig: Photovoltaik.

Breite staatliche Förderung

Um die Wichtigkeit der Photovoltaik zu unterstreichen, hat die Politik den Ansatz aufgegriffen und in einem eigenen Regelwerk zusammengefasst. Es handelt sich um das Gesetz in Sachen erneuerbare Energien (EEG). Kernpunkt ist das Anerkennen der außergewöhnlichen Nutzbarkeit des Solarstroms sowie seine Tragfähigkeit als wesentlicher Eckpfeiler gegenwärtiger und zukünftiger Energiegewinnung. Soll heißen: Ohne die PV-Technologie wird ein Ausstieg aus dem Zeitalter der fossilen Brennstoffe nicht möglich sein. Die Wichtigkeit des Unterfangens spiegelt sich in den von der Bundesregierung bereit gestellten Fördermitteln. Sie bilden Anreize zur Installation einer PV-Anlage.

Fazit

Ganz klar! Photovoltaik ist ein wichtiger Bestandteil der Energiewende und trägt maßgeblich dazu bei, den Klimawandel zu bekämpfen. Durch die Nutzung der Sonnenenergie als saubere und erneuerbare Energiequelle können wir unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren und unsere Umwelt schonen. Obwohl PV-Anlagen von Wetterbedingungen beeinflusst werden, zeigen sie dennoch eine beeindruckende Leistungsfähigkeit und Effizienz. Ihre Vorteile, wie die langfristige Kostenersparnis, die Möglichkeit zur Eigenstromnutzung und das Recyclingpotenzial, machen sie zu einer attraktiven Option für die nachhaltige Energieerzeugung. Durch Investitionen in Photovoltaik können wir nicht nur unsere Energieversorgung sichern, sondern auch aktiv zum Schutz unseres Planeten beitragen.