Sonnenenergie und Erdwärme

Regenerative Energie

100750 | Seite 39 | Abb. 2 | Maßstab 1 : 6.000.000
Sonnenenergie und Erdwärme |  | Regenerative Energie | Karte 39/2

Überblick


Die Globalstrahlung ist die gesamte Strahlungsenergie der Sonne, die auf der Erdoberfläche auftrifft. Die Globalstrahlung umfasst somit sowohl das sichtbare Licht als auch u. die infrarote Wärmestrahlung und die UV-Strahlung.
Die Werte der Strahlungsenergie in Deutschland sind in der Karte in einer siebenteiligen Farbskala dargestellt. Deren Klassen reichen von zum Teil weniger als 960 kWh/m² in Teilen Niedersachsens und Schleswig-Holsteins und bis zu mehr als 1 160 kWh/m² im Alpenvorland. Zum Vergleich: In einem deutschen Zwei-Personenhaushalt werden pro Kopf und Jahr rund 3 000 kWh Strom verbraucht.

Globalstrahlung in Deutschland
Die räumliche Verteilung der Globalstrahlungswerte in Deutschland zeigt sowohl ein deutliches Süd-Nord-Gefälle als auch eine gewisse Abhängigkeit von der Höhenlage. Die Werte nehmen von Süden nach Norden mit zunehmender geographischer Breite ab: eine Folge der starken Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Sonne.
Hinzu kommt der indirekte Einfluss der Höhenlage. Dabei spielen Luv-Lee-Effekte an Gebirgen eine wichtige Rolle. So stauen sich die Wolken vor allem in den höheren Lagen und an den windzugewandten Westseiten der Gebirge (Luv). Es kommt zu einer schwächeren Sonneneinstrahlung.
Der Abschnitt der nördlichen Mittelgebirge zwischen Kölner Bucht und Harz und der größte Teil Norddeutschlands haben eine sehr geringe Globalstrahlung. Insbesondere in den westlichen Teilen der Mittelgebirge und in Teilen Schleswig-Holsteins sind die Strahlungswerte mit weniger als 900 kWh/m² pro Jahr sehr niedrig.
Auf den windabgewandten Seiten der Gebirge (Lee) ist die Strahlung durch absteigende Luftmassen und fehlende Wolken zum Teil deutlich höher. Dies macht sich vor allem im Voralpenraum bemerkbar, wo durch den Einfluss des Föhns die höchsten Strahlungswerte verzeichnet werden. Ähnlich hohe Werte gibt es in Deutschland nur noch im Bereich der Leipziger Tieflandsbucht und an der Ostseeküste nahe Usedom.

Sonnenenergie zur Wärmenutzung
Die gegenwärtig am stärksten verbreitete Nutzung der Sonnenenergie ist die Umwandlung in thermische Energie durch Sonnenkollektoren. Solarthermie-Kraftwerke erzeugen mit der gewonnenen Wärme und mithilfe aufwendiger Systeme Dampf, der eine Turbine mit Generator antreibt und Strom erzeugt. Die meisten Anlagen für Solarthermie haben ihre Standorte in Süddeutschland.

Geothermie in Deutschland
Auch die Geothermie, die Nutzung von Erdwärme, befindet sich in Deutschland in jüngster Zeit im Aufwind. Um geothermische Energie nutzen zu können, müssen in erreichbaren Tiefen Temperaturen von mindestens 60 °C für die direkte Wärmenutzung und von 100 °C für die Stromerzeugung vorhanden sein.
In Deutschland gibt es drei große Regionen mit wasser- oder wasserdampfgefüllten Gesteinsschichten, deren Temperatur über 100 °C liegt. Zu ihnen zählen das gesamte Norddeutsche Becken, der Oberrheingraben und das Alpenvorland. Ein großes Hemmnis für eine weitflächige Nutzung in Deutschland sind jedoch die hohen Investitions- und Erschließungskosten.

Umweltschutzamt Freiburg, A. Siegmund, J. Seibel

Info Plus

Unter Globalstrahlung versteht man alle einfallende Strahlungsenergie auf die Erdoberfläche. Die Globalstrahlung umfasst damit neben dem sichtbaren Licht unter anderem auch die infrarote Wärmestrahlung und die UV-Strahlung. Die Werte sind in der Karte in einer siebenteiligen Farbskala dargestellt, deren Klassen jeweils eine Spanne von 40 kWh aufweisen und von weniger als 960 kWh bis zu mehr als 1160 kWh pro m² und Jahr reichen. Zum Vergleich: Pro Kopf der Bevölkerung werden in deutschen Privathaushalten im Mittel etwa 1600 kWh Strom verbraucht.

Globalstrahlung in Deutschland
Die räumliche Verteilung der Globalstrahlungswerte zeigt in Deutschland sowohl ein deutliches Süd-Nord-Gefälle als auch eine gewisse Abhängigkeit von der Höhenlage. Die Werte nehmen von Süden nach Norden mit zunehmender geographischer Breite ab. Dies ist eine Folge der starken Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Sonne. Hinzu kommt der indirekte Einfluss der Höhenlage. Dabei spielen Luv-Lee-Effekte an Gebirgen eine wichtige Rolle. So stauen sich die Wolken vor allem in den höheren Lagen und auf den dem Wind zugewandten Westseiten der Gebirge. Dies hat eine geringere Strahlungszufuhr zur Folge. Aus diesem Grund weist eine Zone, die sich entlang der nördlichen Mittelgebirge von der Kölner Bucht bis zum Harz erstreckt, die geringste mittlere Globalstrahlung in Deutschland auf. Dort treten zum Teil Werte von weniger als 900 kWh/m² im Jahr auf. Auf den dem Wind abgewandten Leeseiten der Gebirge ist die Strahlungszufuhr durch absteigende Luftmassen und teilweise Auflösung der Wolken mitunter deutlich erhöht. Dies macht sich vor allem im Voralpenraum bemerkbar, wo durch den Einfluss des Föhns die höchsten Globalstrahlungswerte mit teilweise mehr als 1160 kWh/m² pro Jahr verzeichnet werden.

Sonnenenergie zur Wärmenutzung
Die gegenwärtig noch am stärksten verbreitete Nutzung der Sonnenenergie ist ihre Umwandlung in thermische Energie durch Sonnenkollektoren. Bei diesem Verfahren wird ein Wärmeträger — etwa Wasser mit einem Frostschutzmittel — durch dunkel beschichtete Absorber-Röhren geleitet, damit er sich unter Sonneneinstrahlung erhitzt. Die Wärme aus diesem Primärkreislauf kann dann an Tanks für Brauchwasser oder Heizung abgegeben werden oder als Energie für andere Prozesse bereitstehen. Solarthermie-Kraftwerke beispielsweise erzeugen mit der gewonnenen Wärme durch aufwendige Systeme zur Umwandlung der Solarenergie Dampf, der eine Turbine mit Generator antreibt und auf diese Weise, wie ein photovoltaisches Kraftwerk, Strom erzeugt. Eine einfachere Variante der Solartechnik, die beispielsweise in Schwimmbädern zum Einsatz kommt, ist die Erwärmung von Wasser in sonnenbeschienenen Matten aus schwarzen Schläuchen.

Photovoltaik zur Stromerzeugung
In Solarzellen aus bestimmten Halbleiter-Materialien, von denen die blau schimmernden aus Siliziumkristallen am bekanntesten sind, wird unter Lichteinstrahlung elektrische Spannung aufgebaut. Der entstehende Gleichstrom kann zum direkten Verbrauch abgenommen oder über einen Wechselrichter ins allgemeine Elektrizitätsnetz eingespeist werden. Zehn Quadratmeter Photovoltaikmodule aus üblichen Solarzellen leisten bei günstiger Sonneneinstrahlung etwa ein Kilowatt. In einer Stadt wie Freiburg erzeugen sie damit im Jahresdurchschnitt etwa 900 kWh.
2020 mit bis zu 200 000 Beschäftigten und Umsätzen in Höhe von rund 15 Mrd. Euro.

Geothermie in Deutschland
Auch die Geothermie, die Nutzung von Erdwärme, befindet sich in Deutschland in jüngster Zeit im Aufwind. Starke Zuwachsraten verzeichnet vor allem die direkte Nutzung der geothermischen Energie für Heizzwecke und die Warmwasserbereitung. Nach der Neuinstallation von mehr als 25 000 Anlagen 2006 ist der Gesamtbestand landesweit auf etwa 130 000 Anlagen gestiegen. In der Gemeinde Neuweiler im Nordschwarzwald bestehen Pläne, die Erdwärme erstmals großflächig in einem ganzen Baugebiet zu Heizungszwecken zu verwenden.
Um geothermische Energie nutzen zu können, müssen in erreichbaren Tiefen Temperaturen von mindestens 60 °C für die direkte Wärmenutzung und von 100 °C für die Stromerzeugung vorhanden sein. In Deutschland gibt es drei große Regionen mit wasser- oder wasserdampfgefüllten Aquiferen, deren Temperatur über 100 °C liegt. Zu ihnen zählen das gesamte norddeutsche Becken, der Oberrheingraben und das Alpenvorland. Die Geothermie hat in Mitteleuropa ein bedeutendes Potenzial. Theoretisch könnte sie mühelos ein Vielfaches des derzeitigen deutschen Wärme- und Strombedarfes decken. Außerdem hat sie gegenüber der Wind- und Sonnenenergie den großen Vorzug, dass sie rund um die Uhr zur Verfügung steht, also grundlastfähig ist. Das größte Hemmnis für ihre weitflächige Nutzung sind allerdings die noch immer sehr hohen Investitions- und Erschließungskosten.
Umweltschutzamt Freiburg, A. Siegmund

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