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Photovoltaik - eine Einführung

Wozu braucht man Photovoltaik?

Die Energie, die jährlich von der Sonne auf die Erdoberfläche gestrahlt wird, beträgt etwa 3,9YJ oder 3,91024 Joule.1) Sie ist um vier Zehnerpotenzen höher als der weltweite Verbrauch an Primärenergie, der im Jahr 2009 bei 51020J lag2). Die Sonne liefert der Erde in weniger als zwei Stunden genug Energie, um den weltweiten Bedarf für ein Jahr zu decken. Limitierte Vorräte an fossilen Brennstoffen stellen also prinzipiell kein Problem für die weltweite Energieversorgung dar. Im Gegenteil, im Vergleich mit den gewaltigen Energieressourcen der Sonne erscheinen diese als verschwindend gering.

Abb.1
Vision des WBGU zur globalen regenerativen Energieversorgung bis 20503)
Mit freundlicher Genehmigung des WBGU

Ein Gedankenexperiment des Wissenschaftlichen Beirats der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU) zeigt, dass die erneuerbaren Energien bei einem energischen Ausbau aus technologischer Sicht bereits Mitte des Jahrhunderts die globale Energienachfrage decken können. Hemmnisse wie etwa ökonomische Laufzeiten der bestehenden Infrastruktur oder Vorabkosten wurden dabei bewusst ausgeblendet. Die Vision ist durch ein schnelles Auslaufen der fossilen Stromerzeugung, den Ersatz von Erdöl im Verkehr durch Elektromobilität und regenerative Kraftstoffe sowie den Ersatz fossiler Brennstoffe für Wärme und Kälte durch elektrische Wärmepumpen, Solarthermie und Kraft-Wärme-Kopplung charakterisiert.Für die skizzierten Ausbaupfade wurden für die Windenergie und Photovoltaik historische jährliche Wachstumsraten zunächst fortgeschrieben und bei Erreichen größerer Anteile an der Gesamterzeugung reduziert. Für die anderen Technologien, für die teilweise keine historischen Wachstumsraten bekannt waren oder die sich noch nicht am Markt etabliert haben (erneuerbares Gas wie Wasserstoff oder Methan und Elektromobilität), wurden zukünftige Wachstumsraten nach eigenen Annahmen definiert. Details sind der Quelle zu entnehmen. "Gas aus Wind und Solar" bedeutet, dass Sekundärenergie aus Gas gewonnen wurde, das mit Strom aus Windkraft, Photovoltaik oder Solarthermie erzeugt wurde - etwa Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser.

Obwohl weitreichende weltweite Bestrebungen zur Eindämmung des Klimawandels fehlen, gibt es mancherorts vielversprechende Ansätze, künftig die Nutzung klimaneutraler Energiequellen zu fördern. Ein Beispiel ist das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), das Deutschland in der weltweiten Rangliste der insgesamt installierten Leistung an erneuerbaren Energien auf den ersten Platz gebracht hat und das sich mittlerweile andere Länder zum Vorbild nehmen. Je mehr das Interesse an erneuerbaren Energien steigt, desto mehr gewinnt auch die direkte Stromgewinnung aus Sonnenenergie, die Photovoltaik (PV), an Bedeutung in Wissenschaft und Industrie. (Abb. 1) zeigt, dass es möglich wäre, bis 2050 den weltweiten Energiebedarf aus erneuerbaren Energien zu decken. Diese Vision des Wissenschaftlichen Beirats der Bundesregierung für globale Umweltveränderungen (WBGU) geht dabei allerdings davon aus, dass keine Kosten und Mühen von den Regierungen gescheut werden, und ist damit utopisch.

Dennoch ist abzusehen, dass die Photovoltaik künftig einen großen Beitrag zur Energieversorgung leisten wird. Seit dem ersten Halbjahr 2011 haben die erneuerbaren Energien in Deutschland zum ersten Mal einen Anteil von mehr als 20% bei der Deckung des deutschen Brutto-Stromverbrauchs (Abb. 2) . Die Photovoltaik trägt 3,5% bei.

Abb.2
Anteile der Energieträger an der Deckung des deutschen Brutto-Stromverbrauchs im ersten Halbjahr 2011 nach Angaben des BDEW4)

Zusammen lieferten die erneuerbaren Energien in Deutschland im ersten Halbjahr 2011 57,3 TW h , die Photovoltaik allein 9,7 TW h . Die Daten sind geschätzt und gerundet. Bei den Angaben zu Müll wurde nur der erneuerbare Anteil berücksichtigt.

1): Energy from the Sun. Advanced Power and Energy Inc. ,
2) (2011): Key World Energy Statistics 2011. International Energy Agency (IEA) , 6
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