Überblick
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 980 kWh bis zu mehr als 1180 kWh pro Quadratmeter 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 ein deutliches Süd-Nord-Gefälle. Dies ist eine Folge der starken Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Sonne. Darüber legt sich in einem Streifen zwischen den Küsten und dem Mittelgebirgsland ein schwächer ausgebildetes Ost-West-Gefälle, das durch den abnehmenden kontinentalen Einfluss auf das Wettergeschehen verursacht wird. Hinzu kommt der indirekte Einfluss der Höhenlage, verursacht durch austauscharme Wetterlagen mit Nebel und Dunst in den Tieflagen.
Auch Luv-Lee-Effekte an Gebirgen spielen eine 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. Auf den dem Wind abgewandten Leeseiten der Gebirge ist die Strahlungszufuhr durch absteigende Luftmassen und teilweise Auflösung der Wolken mitunter deutlich erhöht. Ähnliche Effekte machen sich im Voralpenraum bemerkbar, wo wegen des Einflusses des Föhns die höchsten Globalstrahlungswerte in Deutschland verzeichnet werden.
Sonnenenergie zur Wärmenutzung
Eine verbreitete Nutzung der Sonnenenergie ist ihre Umwandlung in thermische Energie durch Sonnenkollektoren.
Die technische Nutzung der Sonnenenergie ist inzwischen weit ausgereift. Im Jahr 2013 waren in Deutschland 1,9 Mio. Anlagen installiert. Bei den meisten dieser Anlagen handelt es sich um Kleinanlagen auf Privathäusern. Nach Jahren des Booms sank deren Größe seit ihrem Höhepunkt im Jahr 2008 (+2,1 Mio. m 2) erheblich (2013: +1,0 Mio. m2). Gründe für den Boom bis 2008 waren neben einem verstärkten Umweltbewusstsein die immer höheren Marktpreise für Erdöl und Erdgas, die rasch sinkenden Kosten für Solarthermieanlagen und nicht zuletzt die staatliche Förderung. Trotz des Rückgangs beim Zuwachs, steigt die Größe der insgesamt installierten Kollektorfläche weiterhin (2013: 17,5 Mio. m2).
Prognosen gehen davon aus, dass der Anteil der Solarthermie an der Wärmeerzeugung von 1 Prozent im Jahr 2013 auf 8 Prozent 2030 steigen wird. Durch technische Weiterentwicklungen werden die Preise für Solarkollektoranlagen weiter fallen. Bei steigenden Preisen für fossile Energieträger ist es deshalb zu erwarten, dass Solarthermie in absehbarer Zeit auch ohne Förderung durch den Staat konkurrenzfähig ist. Ein klimaschonender Effekt ist die Einsparung von CO2-Emissionen durch Einsatz von Solaranlagen zur Wärmegewinnung.
Photovoltaik zur Stromerzeugung
In Solarzellen wird unter Lichteinstrahlung elektrische Spannung aufgebaut. Der entstehende Gleichstrom kann zum direkten Verbrauch abgenommen oder über einen Wechselrichter ins allgemeine Elektrizitätsnetz eingespeist werden.
Die Stromerzeugung durch Photovoltaik befand sich im Jahre 2000 bei Inkrafttreten des Gesetzes für den Vorrang erneuerbarer Energien (EEG) und des 100 000-Dächer-Solarstrom-Programms noch auf einem äußerst niedrigen Niveau.
In den Jahren 2000 bis 2012 wurden bei den jährlich neu installierten Photovoltaik-Anlagen in Deutschland regelmäßig Rekordergebnisse erzielt. Wegen geänderter Rahmenbedingungen (stark reduzierte Förderung) wurden 2013 nur noch Anlagen mit einer Leistung von 3300 MWp installiert. Mit den bestehenden Anlagen wurden im Jahr 2013 31 Mrd. kWh Strom erzeugt (5 % des deutschen Stromverbrauchs). Dies entspricht rechnerisch dem Bedarf von neun Millionen Haushalten. Zum Vergleich: Im Jahr 2006 betrug die Stromerzeugung lediglich 6,5 Prozent des Wertes von 2013.
Von dem internationalen Boom der Photovoltaik profitierte die deutsche Solarwirtschaft zunächst stark und spielte auf dem Weltmarkt eine dominierende Rolle. Gegenwärtig spiegeln sich die veränderten Rahmenbedingungen und die zunehmende Konkurrenz auf dem Weltmarkt in stark rückläufigen Umsätzen und Beschäftigtenzahlen.
Räumlich zeigen sich zwei Schwerpunkte für Photovoltaikanlagen: Während in Süddeutschland die natürlichen Bedingungen besonders günstig sind (Globalstrahlung), macht sich in Ostdeutschland die Flächenverfügbarkeit bemerkbar. Häufig wurden dort leerstehende Gewerbegebiete oder ehemalige Armeeübungsplätze in Solarparks umgewandelt; es dominieren Großanlagen mit mehr als 20 MW. Für Süddeutschland zeigt die Karte dagegen einen wesentlich größeren Anteil an Kleinanlagen außerhalb von großflächigen Solarparks.
Geothermie in Deutschland
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. Theoretisch könnte die Geothermie mühelos ein Vielfaches des derzeitigen deutschen Wärme- und Strombedarfes decken. Gegenüber der Wind- und Sonnenenergie hat sie den Vorzug, dass sie rund um die Uhr zur Verfügung steht. Das größte Hemmnis für ihre Nutzung sind die sehr hohen Investitions- und Erschließungskosten.
Die Geothermie befindet sich in Deutschland zwar in jüngster Zeit im Aufwind, trägt aber derzeit nur zu einem kleinen Teil zur Wärmeerzeugung (4200 MW Wärmeleistung bzw. Bedarf von 580 000 Zweipersonenhaushalten) bzw. zu einem sehr geringen Teil zur Stromerzeugung (30 MW elektrische Leistung bzw. Bedarf von 8300 Zweipersonenhaushalten) bei.
Größer Anlagen weisen in der Regel Bohrtiefen von mehr als 400 Metern auf. Insgesamt 26 Heizwerke dienen der Wärmeproduktion, 7 Kraftwerke der Stromproduktion und 4 Heizkraftwerke sowohl der Wärme- als auch der Stromproduktion. Das Wasser wird je nach Standort aus Tiefen zwischen 800 und 5600 Metern gefördert und hat Temperaturen zwischen 50 und 165 °C. Rund 50 Anlagen sind im Bau oder in Planung. Außerhalb der Standortkonzentration im Raum München gibt es nur Einzelstandorte, zum Beispiel Landau.
