KinderwissenWenn die Sonne auch nachts scheint

Das wäre schön, wenn die Sonne auch nachts scheinen könnte. Dann wäre es 24 Stunden Tag und man braucht gar nicht schlafen zu gehen. Doch das Erlebnis, dass die Sonne fast rund um die Uhr scheint, haben nur wenige Menschen ganz im Norden – oder auch ganz im Süden – unseres Planeten. Dort im hohen Norden geht die Sonne im Sommer fast nie unter. (Entsprechend verhält es sich im Winterhalbjahr in der Antarktis.)

Wie aber verhält es sich mit dem Nutzen der Sonnenenergie, um uns elektrischen Strom zu liefern? Hier finden wir zum Beispiel zwei Möglichkeiten.

Zum einen können wir die Wärmeenergie der Sonne nutzen. Wie die Menschen Sonnenwärme nutzen, sehen wir in vielen Ländern im Süden: Auf den Dächern ihrer Häuser haben die Bewohner ausgediente und schwarz angestrichene Ölfässer installiert, in denen die Sonne Wasser – zum Beispiel zum Duschen – erwärmt. Moderner geht das auch mit sogenannten Sonnenkollektoren, in deren Röhren das Wasser erwärmt wird.

Mit einem bestimmten System von Hohlspiegeln können wir die Sonnenwärme sogar so bündeln, dass Wasser zum Kochen gebracht wird. Mit dem entstehenden Wasserdampf, der unter hohem Druck steht, können so Turbinen betrieben werden, die elektrischen Strom liefern. Das funktioniert natürlich nur am Tage, wenn die Sonne auch scheint. Um nachts Strom zu erhalten, muss der am Tage produzierte Strom in Akkumulatoren gespeichert werden. Man kann mit der am Tage gewonnenen Energie auch Wasser in höher gelegene Speicher pumpen, aus denen sie nachts über Turbinen fließen und so elektrischen Strom erzeugen.

Wenn wir heute jedoch von Stromerzeugung aus Sonnenenergie sprechen, dann meinen wir jedoch meist einen anderen Weg, Umwandlung des Sonnenlichts in elektrischen Strom. Diesen Prozess nennen wir Photovoltaik. Das zusammengesetzte Wort besteht aus dem griechischen „photo“ für Licht und „voltaik“ zu Ehren des italienischen Physikers Alessandro Volta für den „elektrischen Strom“. Und genau das beabsichtigen wir mit der photovoltaischen Zelle – elektrischen Strom zu erzeugen. Eine solche Zelle besteht aus mehreren Schichten. Die bestehen in erster Linie aus Silizium. Silizium gewinnt man aus Sand oder Quarz, das sind Verbindungen aus Silizium und Sauerstoff. Der Sauerstoff wird in einem Brennverfahren entfernt, übrig bleibt graues Silizium. Dieses wird gereinigt und zu sogenannten Wafern gepresst. Diese Wafer besitzen eine exakte Gitterstruktur. In dieses Gitter gibt man nun andere Atome ein. An der Oberseite zum Beispiel Atome aus Phosphor, die mehr Elektronen besitzen als das Silizium. An der ebenfalls aus Silizium bestehenden Unterschicht sind Atome mit einem „Elektronenmangel“ installiert, zum Beispiel Brom.

Auf diese Konstruktion treffen nun die Sonnenstrahlen. Der Lichtstrahl, den die Sonne abstrahlt, besteht aus sogenannten Photonen. Treffen diese Photonen auf die Oberschicht der Solarzelle, so fangen die dort überzähligen Elektronen der Fremdatome an, sich in Richtung der Siliziumschicht zu den Atomen mit dem Elektronenmangel zu bewegen – ein elektrischer Strom fließt. Zwischen der Ober- und der Unterschicht der Solarzelle sind elektrische Leiter angebracht, die den nun fließenden Strom in unsere Stromnetz ableiten.

Da die Siliziumwafer sehr empfindlich und zerbrechlich sind, werden sie noch mit Schutzfolien und Glasplatten ummantelt, so kennen wir sie als Solarmodule auf Hausdächern oder auch auf Wiesen- oder Feldflächen.

Je steiler der Auftreffwinkel der Lichtstrahlen der Sonne ist, desto höher ist die Energieausbeute von Solaranlagen. Atlanten der Sonnenstrahlung zeigen, wo die stärkste Strahlung auf der Erde vorhanden ist. Dies ist in südlichen Ländern oder in solchen in Äquatornähe deutlich höher als bei uns, dennoch können große Solaranlagen auch in Europa Energie liefern und uns von fossilen Brennstoffen wie Öl und Gas unabhängiger machen.

Um zu erfahren, wie stark Sonnenenergie sein kann, können wir ein kleines Experiment durchführen. Nehmt eine leere Konservendose und streicht sie schwarz an. Füllt dort hinein einen halben Liter kaltes Wasser, verdeckt die Dose (vielleicht auch mit einem schwarzen Deckel) und stellt sie an einen sonnigen Platz. Wenn ihr nach etwa einer Stunde die Temperatur des Wassers messt, werdet ihr feststellen, dass sie deutlich gestiegen ist. Lasst euch dabei von älteren Geschwistern oder den Eltern helfen, Vorsicht ist angesagt, das Wasser könnte heiß sein!