Strom aus dem Weltraum

Was wäre, wenn die Sonne nicht mehr scheinen würde? Es gäbe kein Licht und keine Wärme auf der Erde. Alle Pflanzen würden eingehen, alles Wasser gefrieren – wir Menschen hätten keinen Sauerstoff und keine Nahrung. Keine schöne Vorstellung! Wir brauchen also unsere Sonne. Theoretisch liefert sie uns in einer Stunde so viel Energie, wie alle Menschen der Erde in einem Jahr verbrauchen. Leider können wir den meisten Teil davon aber nicht verwenden. Logisch, dass Forscher nach Wegen suchen, die Sonnenkraft besser zu nutzen als bisher. TK-Logo verrät Dir, welche sie bereits gefunden haben.

 

Am Himmel wirkt die Sonne relativ klein. Das liegt daran, dass sie so weit weg ist. In Wirklichkeit ist sie riesig: eine gigantische Kugel aus heißem Gas. Sie besteht zu 78,4 Prozent aus dem Element Wasserstoff und zu 19,8 Prozent aus dem Element Helium. In ihrem Inneren herrscht ein so hoher Druck, dass die Wasserstoffteilchen mit großer Kraft ineinander gedrückt werden. Sie verschmelzen dabei miteinander. Diesen Vorgang nennt man Kernfusion. Fusionieren bedeutet nämlich verschmelzen. Dabei entsteht unglaublich viel Energie – sie wandert von Zentrum der Sonne an die Oberfläche und "strahlt" dann in den Weltraum – das sind die Sonnenstrahlen, die auch bei uns auf der Erde ankommen.
Sonne© icomedias/Eppelin

Wasser kochen nur mit der Energie der Sonne

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Sonnenenergie zu nutzen. Eine recht einfache ist der Solarkocher. Er funktioniert ein wenig wie ein Trichter, der Wasser zu einem Loch lenkt. Der Solarkocher hat eine ähnliche Form, sein Trichter besteht allerdings aus vielen Spiegeln und statt Wasser lenkt er Sonnenstrahlen. Wenn die Sonne auf den Trichter fällt, lenken die Spiegel alle einfallenden Sonnenstrahlen in die Mitte. Da dort viele Strahlen zusammenkommen – Wissenschaftler sagen auch "gebündelt" werden – steigt an diesem Punkt die Temperatur. Es wird so heiß, dass Wasser in einem Topf zu kochen anfängt. Mit einem Solarkocher kannst Du sogar Würstchen braten!
Solarkocher© Wikipedia/Pedro Servera/CC-BY-SA 3.0

Duschen mit Sonnenlicht

Mit Sonnenergie kannst Du sogar ein ganzes Haus wärmen. Vielleicht hast Du schon einmal Solarkollektoren auf dem Dach eines Hauses gesehen? Auch sie fangen Sonnenstrahlen auf. Die Strahlen fallen durch eine Glasplatte auf einen "Absorber". Das ist ein Material, das Wärme gut aufnehmen kann, zum Beispiel ein Aluminium- oder Kupferblech. Damit die Wärme nicht an die kühlere Umgebung abgegeben wird, ist der Kollektor seitlich gut gedämmt. Direkt unter dem Absorber befinden sich Wasserrohre. So wird die Wärme vom Absorber über die Rohre an das Wasser übergeben. Das warme Wasser fließt durch Leitungen sowie Heizungen im Haus und wärmt es so auf. Und zum Händewaschen oder Duschen kannst Du es natürlich auch verwenden.


Infografik zum Aufbau eines SolarkollektorsAufbau eines Solarkollektors © icomedias/Dorsch 

Leuchtendes Kraftwerk

Wenn Du Wasser mit Sonnenwärme stark erhitzt, kannst Du damit sogar Strom erzeugen. So funktioniert zum Beispiel ein Solarturmkraftwerk. Es leuchtet sehr schön, weil es von allen Richtungen angestrahlt wird. Das liegt daran, dass überall um den Turm herum Spiegel aufgestellt sind. Sie lenken das Sonnenlicht direkt auf den Turm und erhitzen darin Wasser. Wenn Wasser sehr heiß wird, wird es zu gasförmigem Wasserdampf. Das kennst Du vielleicht vom Spaghettikochen: Wenn Du Wasser in einem Topf erhitzt, beginnt es irgendwann zu dampfen. In dem Solarturm treibt der Dampf eine Turbine an. Das ist eine Maschine, in deren Innerem sich große Schaufeln drehen wie ein Propeller. Eine weitere Maschine, ein sogenannter Generator, wandelt die Drehbewegung der Turbine dann in Strom um. Solche Solartürme stehen zum Beispiel in Spanien und in den USA.
Solarturmkraftwerk© Wikipedia/afloresm/CC-BY 2.0

Strom anschubsen

Sonnenenergie kannst Du aber auch ohne komplizierte Maschinen in Strom umwandeln. Die bekannteste Methode dafür heißt Photovoltaik – ein schwer zu merkendes Wort. So heißt die Technik, die hinter den Solarzellen steckt. Solarzellen hast Du sicher schon einmal gesehen: Du findest sie auf vielen Häusern, aber zum Beispiel auch auf Taschenrechnern. Oft werden Solarzellen mit Sonnenkollektoren verwechselt, von denen Du oben schon gelesen hast. Doch Solarzellen funktionieren ganz anders. Sie brauchen weder Wasser noch einen Generator. Ihre Technik ähnelt dem Prinzip einer Batterie. Batterien haben einen Plus- und einen Minuspol. In ihrem Inneren steckt eine Chemikalie, die winzige Teilchen, sogenannte Elektronen, "anschubst". Wenn Du die beiden Pole mit einem Draht verbindest, rasen die Elektronen über den Draht vom Plus- zum Minuspol. Das ist der Strom. Wenn Du eine Glühbirne daran anschließt, leuchtet sie.

Solarzellen bestehen aus Halbleiter-Material - das sind Stoffe, die Strom nur dann leiten, wenn sie Licht oder Wärme ausgesetzt sind, bei niedrigen Temperaturen aber nicht. Das chemische Element Silizium ist so ein Halbleiter, der häufig in Solarzellen verwendet wird. Außerdem befinden sich zwei Stoffe darin, die wie Plus- und Minuspol in der Batterie funktionieren. Sobald Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, setzt einer der Stoffe Elektronen frei. Dann "trägt" das Silizium die Elektronen sozusagen zu dem anderen Stoff, der sie wieder aufnimmt – schon fließt Strom nach dem Prinzip einer Batterie. Allerdings sollten wir den Strom auch speichern, damit wir ihn auch dann verwenden können, wenn die Sonne nicht scheint. Zu Solaranlagen gehören deshalb oft aufladbare Batterien, die den Strom speichern.

Dein eigenes Sonnenkraftwerk

Nimm einen Karton, zum Beispiel einen Schuhkarton, und klebe ihn innen mit schwarzem Papier aus. Nun lege eine mit Wasser gefüllte Flasche hinein. Überspann den Karton mit einer durchsichtigen Folie und lege ihn in die Sonne. Du hast Deinen ersten Solarkollektor gebaut! Und so funktioniert er: Schwarze Farbe nimmt immer Licht auf und speichert Wärme. Die Folie verhindert, dass die Wärme nach oben verschwindet. Du wirst sehen: Das Wasser in der Flasche wird schnell warm.

Teure Technik

Obwohl die Sonne so viel Energie liefert und wir schon einige Wege kennen, um diese Energie zu nutzen, werden in Deutschland bisher nur ungefähr zwei Prozent des Stroms mit Solartechnik erzeugt. Das liegt daran, dass die Herstellung der Solaranlagen noch sehr teuer ist. Solarenergie hat aber die gleichen Vorteile wie Wind- und Wasserenergie – es entsteht kein schädliches CO2. Außerdem wird die Sonne noch mehrere Millionen Jahre lang Energie liefern. Deshalb arbeiten Forscher an Universitäten und Fachhochschulen daran, die Solartechnik weiter zu verbessern und günstiger zu machen.

Strom aus der Wüste

Einige Länder in Europa und Nordafrika haben gemeinsam das Projekt DESERTEC ins Leben gerufen: Mit Hilfe von Sonnenwärmekraftwerken, Windkraftanlagen oder Photovoltaik wollen sie in Wüsten elektrischen Strom erzeugen. Das Projekt soll den Energiebedarf von Nordafrika und bis zum Jahr 2050 auch teilweise den von Europa decken. Über das Projekt wird viel gestritten, da es sehr viel Geld kostet und niemand weiß, ob es sich lohnt – vielleicht gibt es ja bis zum Jahr 2050 schon bessere Technologien.

Text: Boris Hänßler