Sonnen- und Windenergie: Woher kommt die Energie?

Wie entsteht die Energie in der SonneDie Sonnen- und Windenergie soll die Energiewende bringen, doch woher kommt eigentlich diese ganze Energie. Wie man vielleicht noch aus dem Physikunterricht weiß, kann Energie nicht erzeugt und auch nicht vernichtet werden, Energie kann man nur umwandeln. Dies wird im Alltag umgangssprachlich aus physikalischer Sicht oft falsch gesagt.

Die Sonnenenergie

Ohne die Sonne gäbe es unsere Erde nicht. Die ganze Energie auf der Erde kommt von der Sonne. Auch wenn man sich dies auf den ersten Blick nicht vorstellen kann. Jedes Kraftwerk würde ohne die Sonne nicht funktionieren, ausgenommen ist nur das Gezeitenkraftwerk. Die Gezeiten entstehen nämlich nicht durch die Sonne, sondern durch den Mond. Die ganzen fossilen Energieträger sind letztendlich durch die Sonnenenergie entstanden.

Wie viel Energie liefert die Sonne

Dies zu berechnen ist nicht schwer. Man braucht dazu die Solarkonstante. Dies ist eine Konstante die über mehrere Jahre gemittelt wurde und die Bestrahlungsstärke der Sonne auf die Erde angibt. Die Solarkonstante gibt also an, wie viel Watt pro Quadratmeter auf der Erde an Sonnenleistung ankommen, sofern die Sonne senkrecht einstrahlt.

E=1362 \frac{W}{m^2}

Am Boden kommen aber nicht so viel Watt an, denn einiges wird in der Atmosphäre abgeschirmt. In der Regel kommt bei klarem Wetter ca. 700-1000 Watt pro Quadratmeter auf dem Boden an.

Damit können wir nun auch die gesamte Strahlungsleistung der Sonne berechnen. Da die Sonne eine Kugel ist, lässt sich über den mittleren Erdabstand zurückrechnen, wie viel Energie die Sonne abstrahlt. Man kommt dabei auf einen unvorstellbaren großen Wert von 3,845\cdot 10^{26} Watt. Dies sind ausgeschrieben:

384500000000000000000000000 Watt

Wie „entsteht“ diese Energie in der Sonne?

Woher hat die Sonne diese ungeheure Energie, sodass sie eine Leistung von 3,845\cdot 10^{26}Watt abstrahlen kann? Geht der Sonne irgendwann mal die Puste aus? Das sind berechtigte Fragen. Die zweite Frage lässt sich recht einfach beantworten. Ja irgendwann wird die Sonne keine Energie mehr liefern können. Doch man kann unbesorgt sein, denn erst in ein paar Milliarden Jahren wird die Energie ausgehen.

Die Energie in der Sonne „entsteht“ durch Kernfusion. Dabei verschmelzen zwei Wasserstoffatome zu Deuterium (schwerer Wasserstoff). Bei diesem Prozess wird Energie freigesetzt. Außerdem werden auch noch zwei Positronen abgestrahlt und das Deuterium reagiert weiter zu Helium.

Die Energie die bei der Kernfusion frei wird, lässt sich mit der berühmten Formel von Einstein berechnen.

E=m\cdot c^2

Die Sonne verliert an Masse, und zwar pro Sekunde ca. 4240000000kg. Dies klingt nach sehr viel, ist aber bezogen auf die Sonnenmasse eher wenig. In rund einer Milliarde Jahre hat die Sonne nur 0,007% ihrer Masse verloren.

Wie viel Energie kommt bei uns an?

Wie viel Energie kommt auf der Erde anWir haben nun gesehen, dass die Sonne eine ungeheure Energiemenge liefert. Natürlich kommt bei uns nur ein Bruchteil davon an. Das ist auch gut so, sonst wäre kein Leben auf der Erde möglich, da es viel zu heiß wäre.

Nur ca. ein halbes Milliardstel der Energie kommt bei uns an. Dies entspricht ca. 1300 Watt pro Quadratmeter, sofern die Sonne senkrecht über uns steht. Über die ganze Erde gemittelt, sind es nur rund 300 Watt pro Quadratmeter. Warum nur so wenig ankommt, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum einen ist die Sonne sehr weit weg und damit trifft nur ein kleiner Teil der Sonnenstrahlen auf die Erde. Zum anderen filtert die Atmosphäre auch noch einiges heraus.

Die Energie die nun jetzt bei uns auf den Boden trifft kann man zum Beispiel durch Photovoltaikzellen nutzen. Mit diesen kann man die Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln. Diese kann dann wieder vielfach eingesetzt werden.

Woher kommt die Windenergie?

Die Windenergie ist eigentlich nichts anderes als die Umwandlung der Sonnenenergie. Durch die Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Luft. Dies geschieht jedoch nicht gleichmäßig über die ganze Erde verteilt. Am Äquator zum Beispiel wird die Luft mehr erwärmt als an den Polen. Die warme Luft steigt nun auf. Kältere Luftmassen strömen nun unten nach. Dadurch entsteht eine Zirkulation und es entsteht Wind. Wie man vom Wetterbericht kennt, bilden sich Hoch- und Tiefdruckgebiete aus. Durch die Erdrotation haben die Hoch- und Tiefdruckgebiete eine bestimmte Drehrichtung.

Woher kommt die WindenergieRund ca. 1% der Sonnenenergie wird in Windenergie umgewandelt. Die Windenergie wird schon lange von uns Menschen genutzt. Früher schon wurden Mühlen durch große Windräder angetrieben. Heutzutage sind es moderne Windkraftanlagen die Strom produzieren. Das gute daran ist, so lange die Sonne existiert wird es auf der Erde auch Wind geben. Daher ist der Wind eine quasi unerschöpfliche Energiequelle.