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Die Sonnenenergie, welche in Form von Licht und Wärme auf die Erdoberfläche trifft, kann auf verschiedene Weise genutzt werden: Durch Photovoltaik-Anlagen (PV) zur Stromerzeugung, durch Sonnenkollektoren zur Wärmeerzeugung (Warmwasser und/oder Heizungsunterstützung) oder durch konzentrierende Systeme für chemische Prozesse und für die Stromproduktion.
Die PV-Anlagen bestehen vor allem aus Solarmodulen (oder Panels), die wiederum aus Solarzellen aufgebaut sind. Diese Zellen werden mit Halbleitermaterialien (in der Regel auf Siliziumbasis) gefertigt, wie sie bei der Herstellung von Computer-Chips verwendet werden. Sie erzeugen unter Licht Elektrizität, genauer gesagt Gleichstrom. Dieser wird mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt, der vor Ort direkt genutzt (Eigenverbrauch) oder ins öffentliche Netz eingespeist wird. Die Photovoltaik ist eine wichtige Technologie für die nachhaltige Energieversorgung der Zukunft. Das Potenzial von Solarstrom ist beträchtlich: Bis zum Jahr 2050 dürften rund 20 Prozent des derzeitigen Strombedarfs durch Photovoltaik gedeckt werden.
Die Nutzung von Solarwärme durch thermische Solaranlagen ist eine interessante Option für Warmwasser und Heizungsunterstützung. Thermische Solaranlagen sind mit jeder anderen Art der Wärmeerzeugung mit erneuerbaren Energien kombinierbar – Holzfeuerung, Wärmepumpe oder Fernwärme. Zudem kann Solarwärme für verschiedene Anwendungen mit hohem Wärmebedarf eingesetzt werden, sei es in privaten Haushalten, im Dienstleistungssektor oder in der Industrie. Obwohl der Anteil der Solarwärme am gesamtschweizerischen Verbrauch heute noch vergleichsweise gering ist, ist ihr Potenzial gross. Wenn alle bestehenden Gebäude energetisch optimal saniert würden, könnte mittels Sonnenkollektoren der gesamte Wärmebedarf der Schweizer Haushaltungen gedeckt werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Nutzung der Solarenergie bieten solarthermische Kraftwerke. Sie können in unseren Breitengraden allerdings nicht wirtschaftlich eingesetzt werden, da sie eine sehr hohe jährliche Sonneneinstrahlung benötigen. Theoretisch würde rund ein Prozent der Fläche der Sahara ausreichen, um mit Solarkraftwerken aus konzentrierenden Spiegelsystemen den gesamten Elektrizitätsbedarf der Erde zu decken.
Neben Standard-Speicherlösungen bieten auch solarchemische Verfahren die Möglichkeit, Sonnenenergie zu speichern. Die Prozess- und Reaktortechnologie für diese langfristige Option zur chemischen Speicherung und für den Transport von Sonnenenergie wird intensiv erforscht und entwickelt. Schwerpunkt dabei ist die Wasserstoffproduktion mittels ZnO/Zn-Zyklus.