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In den Startlöchern

Solarthermie und Photovoltaik: Schon jetzt gut entwickelte Techniken mit beachtlichen Zukunftsperspektiven.

Das Grundprinzip der thermischen Nutzung ist denkbar einfach: Dunkle Körper absorbieren einen Großteil der auftreffenden Sonnenstrahlung und erwärmen sich. Wird diese Wärme mittels einer Flüssigkeit oder eines Gases abgeleitet, so ist das Grundprinzip der Solarthermie bereits erklärt.

Was aber macht die Solarthermie zukunftsfähig? Der Umstand, dass in mitteleuropäischen Breiten etwa 40 Prozent des Gesamtenergiebedarfes für die Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser benötigt werden, also große Nachfrage nach dieser günstigen Energiequelle herrscht.

Dass die Solarthermie vielfach erprobt und auch zuverlässig ist, beweisen die bereits nahezu eine Million Haushalte in Europa, die ihren Warmwasserbedarf mit Sonnenkollektoren decken. Heute wird in Österreich schon jede zweite der jährlich etwa 15.000 neuen Solar-Anlagen mit Heizungseinbindung errichtet. Ersparnisse von etwa 30 bis 50 Prozent an konventionellen Heizmaterialien sind dabei möglich.

Es waren private Initiativen zum Selbstbau von Solaranlagen, die Mitte der achtziger Jahre einen Solar-Boom in Österreich auslösten. Mittlerweile hat die Wirtschaft diese Entwicklung voll übernommen. Etwa 45 Firmen erzeugen in Österreich Sonnenkollektoren, insgesamt sind derzeit bereits über 3.500 Beschäftigte in dieser Branche tätig.

Eine ausgereifte Technologie

Der Anteil der Solarenergie am Gesamt-Niedertemperaturbedarf liegt aber noch immer bei nur 1,1 Prozent. Dabei könnten - unter Berücksichtigung geeigneter Flächen auf Dächern und Fassaden - mit heutigem Technologiestand etwa zwei Drittel solar erzeugt werden.

Wo liegen die technologischen Weiterentwicklungen? Der Sonnenkollektor ist weitgehend ausgereift, maximale Wirkungsgrade von bis zu etwa 85 Prozent sind nahe der physikalischen Grenze.

Spezialverglasungen bringen möglichst viel Energie in den Kollektor. thermo-elektrische und elektro-chemische Verfahren werden heute eingesetzt, um die schwarze Aufnahmefläche für die Strahlung optimal zu gestalten. Sie haben den früher verwendeten schwarzen Lack nahezu völlig verdrängt.

Der Speicher, die zweite wesentliche Komponente eines solarthermischen System, kann - je nach Größe - die Wärme über Tage bzw. Wochen aufbewahren. Auf diesem Gebiet eröffnet sich noch ein weites Feld für Forschung und Entwicklung: Schichtspeicher, die eine optimale Temperaturschichtung ermöglichen, werden heute schon vielfach angeboten. Würde man Wasser durch ein Speichermedium mit höherer Wärmekapazität ersetzen, so würde das für die Speicher ein geringeres Volumen und somit weniger Platzbedarf bedeuten.

Sobald sich neue Wärmespeichermedien durchsetzen (Latentwärmespeicher), könnte die Wärme über wesentlich längere Zeit aufbewahrt bleiben - und das nahezu verlustfrei. Wo dieses Wärmeangebot nicht reicht, wird heute bereits vielfach - im Sinne konsequenter Nachhaltigkeit - Energie aus Biomasse in Form von Pellets oder Hackschnitzel erzeugt.

In vielen Fällen könnten kostengünstige und verlässliche Heizsysteme auf der Basis von Solarluft gebaut werden. Besonders großvolumige Bauten (Lager, Sporthallen, Kirchen ...) können damit effizient wärmeversorgt werden. In der Praxis fehlt allerdings noch das Know-how von planenden und ausführenden Firmen.

Zwar werden heute noch über 99 Prozent der neu gebauten Kälteanlagen mit elektrischem Strom betrieben, doch könnte die solarthermische Kühlung bald eine echte Alternative werden: In Demonstrations-Anlagen konnte nachgewiesen werden, dass Kühlverfahren mittels thermischer Solarenergie angetrieben werden können. Dass sie noch so wenig verbreitet sind, liegt wiederum vor allem an den Kosten.

Prozesswärme aus Solarenergie für höchste Temperaturen wird erst in geringem Ausmaß eingesetzt. Obwohl sonnige Regionen für Hochtemperatursysteme aufgrund des hohen Anteils der direkten Sonnenstrahlung prädestiniert sind, wird auch über einen Einsatz in mitteleuropäischen Breiten verstärkt nachgedacht.

Strom direkt von der Sonne

Von Photovoltaik spricht man, wenn Licht in einem Halbleiterelement direkt in elektrische Energie umgewandelt wird - ohne Lärm- oder Schadstoffemissionen.

Zur Energieversorgung von Satelliten, Schutzhütten und Notrufsäulen sowie im Kleingerätebereich (Taschenrechnern, Uhren ...) arbeitet Photovoltaik erwiesenermaßen zuverlässig und nahezu wartungsfrei. Kann diese Technologie aber auch einmal in energiewirtschaftlichen Dimensionen dazu beitragen, den Energiebedarf der technisierten Menschheit dauerhaft und umweltverträglich zu decken?

Die etwa 60.000 m2, die in Österreich bereits installiert sind, reichen immerhin aus, um eine Kleinstadt mit etwa 4.000 Haushalten zu versorgen.

Das technische Potenzial dieser Technologie angeben zu wollen, ist schwierig, da sich beinahe jede zumindest manchmal der Sonne ausgesetzte Fläche grundsätzlich zur Stromproduktion eignet.

War früher der Energieeinsatz für die Produktion von Solaranlangen größer als die Strommenge, die während deren Lebensdauer produziert wurde, so gilt dies heute längst nicht mehr: Nun dauert es etwa zwei bis maximal sechs Jahre, um das Energiegleichgewicht zu erreichen. Auch hinsichtlich der Herstellungsverfahren werden moderne Großproduktionen nun als sehr umweltverträglich eingestuft.

Die Kosten der Photovoltaik gehen zwar langsam aber kontinuierlich nach unten, die Wirkungsgrade steigen. Es gilt als sicher, dass die Kosten bei konsequenter Förderung in einiger Zeit mit der konventionellen Stromerzeugung vergleichbar sein werden. Stromerzeugung nahezu ohne Umweltbelastung und ohne Rohstoffverbrauch im Betrieb wird damit Wirklichkeit.

Die europäische Photovoltaik-Industrie (EPIA) rechnet damit, dass bei optimalen Rahmenbedingungen um das Jahr 2040 etwa 26 Prozent der europäischen Stromes mit Photovoltaik erzeugt wird.

Viel Raum für Innovation

Neue Verfahren zur Solarzellenproduktion werden derzeit entwickelt und getestet. Ziel dieser Prozesse ist es, eine materialschonende Herstellungsweise der Solarzellen zu ermöglichen. Gerade die Herstellung der dünnen Scheiben, das Sägen aus dem Block der Silizium-Schmelze (polykristalline Zellen) bzw. aus dem gezogenen Einkristall (monokristallines Silizium) führt zu einem hohen Anteil an Abfällen des kostbaren Grundmaterials.

Darüber hinaus sind die Siliziumscheiben, die auf diese Weise erzeugt werden, aus fertigungstechnischen Gründen noch wesentlich dicker, als dies für den photoelektrischen Prozess notwendig wäre. Dünnschichttechnologien, Kunststoff-Solarzellen und Kugelsolarzellen sind hoffnungsvolle Zukunftsentwicklungen.

Neben Deutschland mit einem Einspeisegesetz, das kostenneutralen Betrieb ermöglicht, ist besonders Japan zu den Vorreitern im Solarstrombereich zu zählen: Das staatliche Programm sieht vor, die Solarfläche in den nächsten sieben Jahren auf 50 Millionen Quadratmeter (5000 Megawatt) zu erhöhen. Österreich mit seinen sechs Megawatt hat trotz des neuen Ökostromgesetzes noch gewaltigen Nachholbedarf.

Wandel der Energiepolitik

Die zeitliche Verfügbarkeit der Energie ist bei den direkten Solartechniken freilich an das solare Angebot gebunden. Untertags wird jedenfalls in das Stromnetz eingespeist - allgemein in Spitzenzeiten des Verbrauchs.

Was fördert, was bremst die Solartechnologien? Ein energiepolitischer Wandel mit positiver Bewertung von ressourcenschonenden Technologien würde jedenfalls massiv zur Verbreitung der Solarenergie beitragen. Von den vielen derzeitigen Förderungsarten sind besonders jene im Bereich der Solarthermie erfolgreich, da sie langfristig garantiert und ausreichend dotiert sind.

Kostenneutrale Einspeisetarife sind neben öffentlichen Förderprogrammen für Forschung und Entwicklung die wichtigsten Maßnahmen bei der Einführung der Photovoltaik.

Schlüsselfaktoren mit gleich hoher Bedeutung wie die Kostenfrage sind eine breite und objektive Information, Qualitätskontrolle, objektive Leistungsbestimmung, fundierte Ausbildung und sachgerechte Normung.

Die Wirtschaftlichkeit von Solarenergie tiefergehend zu diskutieren, ist in Zeiten des bewegten Ölpreises wenig sinnvoll. Denn mit ihrer Lebenszeit von zumindest 25 Jahren werden die heute installierte Solaranlagen auch dann noch einsatzbereit sein, wenn die Öl und Gasvorräte - was sich bereits abzeichnet - ihrem Ende entgegen gehen, was unvorhersehbare Preisentwicklungen ergeben wird.

In die Solarproduktion sind mittlerweile die großen Heizungskonzerne, die japanischen Multis (Sharp, Sanyo, Mitsubishi ...) und die Ölkonzerne Shell und BP massiv eingestiegen. Dies macht deutlich, dass auch für große Wirtschaftsunternehmen das solare Energiezeitalter bereits begonnen hat.

Der Autor ist Abteilungsleiter für erneuerbare Energie von "arsenal research" in Wien. Siehe auch www.energytech.at/photovoltaik

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