Hauptarten der Solarenergie: PV, STE, CSP, Passive Solarenergie, BIPV

Solarenergie ist eine erneuerbare Energiequelle, die sich in den letzten Jahren als saubere, nachhaltige Alternative zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen großer Beliebtheit erfreut hat. Dank des technischen Fortschritts ist Solarenergie effizienter, erschwinglicher und für Menschen auf der ganzen Welt zugänglich geworden. In diesem Artikel befassen wir uns mit den vier Hauptarten der Solarenergie, die heute allgemein genutzt werden.

Die fünf Hauptarten der Solarenergie sind Photovoltaik (PV), Solarthermie (STE), konzentrierte Solarenergie (CSP), passive Solarenergie und gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV).

#1 Photovoltaische (PV) Solarenergie

Photovoltaische (PV) Solarenergie wird durch die Umwandlung von Sonnenlicht (Sonnenstrahlung) in Elektrizität durch den Einsatz von Solarmodulen gewonnen, eine Technologie, die auf dem photoelektrischen Effekt basiert. Die Solarmodule enthalten photovoltaische Zellen, die das Sonnenlicht in Gleichstrom umwandeln, der dann in Wechselstrom umgewandelt wird, der in Haushalten und Unternehmen genutzt werden kann. Eine photovoltaische Zelle kann aus monokristallinem, polykristallinem, amorphem Silizium oder anderen Dünnschicht-Halbleitermaterialien hergestellt werden.

Sie ist modular aufgebaut, so dass sie in Installationen verwendet werden kann, die von riesigen Photovoltaikanlagen auf dem Boden bis zu kleinen Dachpaneelen reichen. Aufgrund dieser Eigenschaft hat sich die Photovoltaik in den letzten Jahren zur vorherrschenden Art der Solarenergie entwickelt, die mehr als 95 % der Gesamtanlagen ausmacht.

#2 Solarthermische Energie (STE)

Solarthermie ist die Energie, die durch die Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme entsteht, und ist eine der kosteneffizientesten Formen der Nutzung von Sonnenenergie. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Solarthermie zu nutzen, um gewerbliche und industrielle Gebäude nachhaltiger und energieeffizienter zu machen. Die Anwendungen reichen von der solaren Raumheizung über die solare Warmwasserbereitung bis hin zur solaren Kühlung, sind aber nicht darauf beschränkt.

Die Nutzung von STE erfordert besondere Vorkehrungen. Die Raumheizung erfolgt zum Beispiel in einem solaren Belüftungssystem, das einen transpirierten Kollektor verwendet, der aus einer dünnen, schwarzen Metallplatte besteht, die an einer der Sonne zugewandten Wand angebracht ist und die Sonnenwärme absorbiert. Die Luft strömt durch die vielen kleinen Löcher in der Platte. In einem Raum hinter der perforierten Wand können sich die Luftströme aus den Löchern vermischen. Die erwärmte Luft wird dann oben aus dem Raum in das Belüftungssystem gesaugt.

Mit Hilfe anderer Mechanismen wie Solarkollektoren und thermisch aktivierten Kühlsystemen (TACS) wird STE auch in solaren Wassererwärmungssystemen und Raumkühlungssystemen eingesetzt, um große Mengen an Warmwasser für Nichtwohngebäude bereitzustellen bzw. die Luft zu kühlen.

Die Technologie der konzentrierten Solarenergie (CSP) nutzt zwar ebenfalls die thermische Energie der Sonne zur Stromerzeugung, doch unterscheiden sich der Prozess und der Umfang der erzeugten Energie erheblich. Außerdem benötigen herkömmliche solarthermische Energiesysteme die Sonne und sind nutzlos, sobald die Sonne untergegangen ist. Konzentrierende Solarenergiesysteme können jedoch thermische Energie in geschmolzenen Salzen speichern, so dass sie auch nach Sonnenuntergang weiterhin Strom erzeugen können.

#3 Konzentrierte Solarenergie (CSP)

Konzentrierte Solarenergie (Concentrated Solar Power, CSP) ist eine Art der Solarthermie, bei der Spiegel oder Linsen verwendet werden, um die Sonnenstrahlung auf eine kleine Fläche zu bündeln und so Hochtemperaturwärme zu erzeugen. Die Spiegel oder Linsen fokussieren das Sonnenlicht auf einen Receiver und erhitzen eine Flüssigkeit, die dann zur Dampferzeugung und zum Antrieb einer Turbine verwendet wird. Die Wärme wird dann zur Dampferzeugung genutzt, die eine Turbine zur Stromerzeugung antreibt. Der Prozess kann kontinuierlich wiederholt werden, da die CSP-Technologie die erzeugte Wärme speichern kann. Sie kann daher auch an Tagen genutzt werden, an denen keine Sonne scheint, oder vor Sonnenaufgang und nach Sonnenuntergang.

CSP-Systeme können mit anderen Energiequellen kombiniert werden, um Hybridkraftwerke zu schaffen. So können sie beispielsweise in Wärmekraftwerke integriert werden, die mit Brennstoffen wie Kohle, Erdgas und Biokraftstoff betrieben werden.

Der in der marokkanischen Stadt Ouarzazate gelegene Noor Ouarzazate Solar Complex, ein 580-MW-Solarkraftwerk, ist eine der weltweit größten Anlagen für konzentrierte Solarenergie.

#4 Passive Solarenergie

Unter passiver Solarenergie versteht man die Nutzung des natürlichen Lichts und der Sonnenwärme zur Erwärmung eines Gebäudes oder Raums ohne den Einsatz aktiver mechanischer Systeme oder Technologien (wie TACS und Kollektoren in STE-Systemen). Dabei wird eine günstige Architektur genutzt.

Passive Solarthermie wird häufig bei der Planung von Gebäuden eingesetzt, und zwar durch die Verwendung großer Fenster, die eine maximale Sonneneinstrahlung ermöglichen, durch der Sonne zugewandtes Glas und durch die Verwendung von Materialien mit thermischer Masse, die tagsüber Wärme absorbieren und speichern. In ähnlicher Weise nutzen passive solare Kühlsysteme Beschattung, thermische Masse und natürliche Belüftung, um unerwünschte Hitze am Tag zu reduzieren und kühle Nachtluft zu speichern, um die Temperaturen zu mäßigen.