„Der beste Weg, die Zukunft vorauszusagen, ist, sie zu gestalten.” 

Eidesstattliche Erklärung  III

Eidesstattliche Erklärung 

Ich erkläre hiermit an Eides statt, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und  ohne unerlaubte Hilfsmittel angefertigt habe; die aus fremden Quellen direkt oder  indirekt übernommenen Gedanken sind als solche kenntlich gemacht. Diese Arbeit  wurde  bisher  keiner  anderen  Prüfungsbehörde  vorgelegt  und  auch  noch  nicht  veröffentlicht. Ich bin mir bewusst, dass eine unwahre Erklärung rechtliche Folgen  haben wird. 

Albstadt, 31. August 2011 

Felix Schmidt 

Zusammenfassung  IV

Zusammenfassung 

Aufgrund verschiedener strahlungsphysikalischer Mechanismen ergeben sich global  divergierende  Energiedichten  der  Solarstrahlung.  Ferner  bewirken  diese  eine  Aufspaltung  der  Globalstrahlung  in  direktes  und  diffuses  Licht.  Da  in  Deutschland  die Direktstrahlung relativ gering ist, eignet sich hierzulande vorwiegend die nicht‐ konzentrierende Solarthermie. 

Die  nicht‐konzentrierende  Solarthermie  umfasst  ein  breites  Spektrum  an  Anwendungsmöglichkeiten  im  Niedertemperaturbereich.  In  Deutschland  wird  sie  derzeit  vorwiegend  zum  Beheizen  von  Freibädern  und  für  die  Warmwasserbereitung  und  Heizungsunterstützung  von  Ein‐  und 

Mehrfamilienhäusern  genutzt.  Die  Anwendung  in  diesem  Bereich  lässt  sich  jedoch  stark  ausbauen;  zumal  ein  Großteil  des  Heizungsbestands  mit  niedrigen  Wirkungsgraden sehr veraltet ist und sich durch solarthermische Anlagen ersetzen  ließe. 

Für  die  Solarthermie  bestehen  große  Potenziale  in  der  Versorgung  von  solaren  Nahwärmesystemen, in der Bereitstellung von Wärme für Industrieprozesse und im  solaren  Kühlen.  Die  Technologien  für  diese  Anwendungsgebiete  befinden  sich  allerdings noch in der Entwicklungs‐ und am Anfang der Markteinführungsphase. 

Die  Entwicklung  der  Systemtechnik  sowie  die  Verwendung  neuer  Materialien,  Werkstoffe  und  spezieller  Beschichtungen  für  die  Kollektoren,  eröffnen  ein  Potenzial  zur  Steigerung  der  Effizienz  von  solarthermischen  Anlagen.  Gleichzeitig  erschließen  sich  damit  neue  Anwendungsgebiete,  wie  die  solarthermische  Prozesswärmebereitstellung und das solare Kühlen. 

Staatliche  Förder‐  und  Anreizsysteme  sowie  die  gesellschaftliche  Akzeptanz  gegenüber der Solarthermie sind für den Erfolg dieser Technologie in Deutschland  maßgebende  Faktoren.  Die  finanzielle  Förderung  von  Bund  und  Ländern  ist  notwendig,  um  die  Kostenunterschiede  gegenüber  der  herkömmlichen  Energiebereitstellung  auszugleichen  und  die  Forschung  und  Entwicklung  voranzutreiben.  Die  dabei  bestehenden  Interessenkonflikte  müssen  bei  der  Verfolgung  energiepolitischer  Ziele  beseitigt  und  unverkennbare  Mängel  der  staatlichen Steuerungsinstrumente behoben werden. 

Grundsätzlich  ist  eine  zunehmende  gesellschaftliche  Akzeptanz  gegenüber  den  erneuerbaren  Energien  zu  erkennen.  Dennoch  müssen  Vorurteile  und  Informationsdefizite  in  der  breiten  Gesellschaft  abgebaut  werden,  um  die  Motive  für eine aktive Nutzung der regenerativen Energien zu stärken. 

Abstract  V

Abstract 

Due  to  different  radiation‐physical  mechanisms  divergent  energy  densities  of  the  solar  radiation  arise  worldwide.  Further  those  divergences  cause  a  splitting  of  the  global solar radiation into direct and diffuse light. As the direct radiation in Germany  is  relatively  low,  mainly  the  non‐concentrating  solar  thermal  systems  are  being  used. 

The non‐concentrating solar thermal technology covers a wide spectrum of possible  applications in the low temperature range. In Germany, it is currently used mainly  for heating swimming pools and for the hot water preparation and heating support  for single and multi‐family dwellings. Nevertheless, the use in this area can still be  strongly enlarged; especially as a majority of the heating stocks with low efficiencies  are  not  up  to  date  to  current  standards  and  can  be  substituted  by  solar‐thermal  installations. 

Solar heat offers great potential in the supply of solar local heating systems, in the  preparation  of  heat  for  industrial  processes  and  in  solar  cooling.  However,  these  technologies  are  still  in  the  research  and  development  phase  and  stand  at  the  beginning of market launch. 

The further development of the technology as well as the use of new materials and  special coatings for the collectors creates the possibility for an increase in efficiency  of solar‐thermal installations. Moreover new fields of application open up, such as  the supply of solar‐thermal process heat and solar cooling. 

Governmental  subsidies  and  incentive  systems  as  well  as  the  social  acceptance  towards  solar  thermal  energy  are  important  aspects  for  the  success  of  this  technology in Germany. The financial support by federal and state governments is  necessary  in  order  to  compensate  the  higher  costs  of  energy  production  by  solar  thermal  systems  in  comparison  to  the  traditional  energy  supply  and  to  support  further  research  and  development.  The  existing  conflict  of  interests  must  be  eliminated  to  accomplish  energy  policy  objectives  and  obvious  deficiencies  of  the  state’s policy have to be resolved. 

The  social  acceptance  towards  renewable  energies  has  increased.  Nevertheless,  prejudices and information deficits among a large number of people still have to be  diminished in order to strengthen the active use of renewable energies. 

Inhaltsverzeichnis  VI

Inhaltsverzeichnis   

Eidesstattliche  Erklärung  III

Zusammenfassung   IV

Abstract   V

Inhaltsverzeichnis   VI

Abbildungsverzeichnis   VIII

Tabellenverzeichnis   VIII

Abk  ürzungen  IX

Physikalische  Einheiten  X

Kapitel   1

Einleitung   1

1.1  Problemstellung und Abgrenzung  3

1.2  Ziele und Aufbau der Arbeit  4

Kapitel   2

Allgemeine  Grundlagen zur Sonnenenergienutzung  6

2.1  Die Sonnenstrahlung  6

2.1.1  Das Extraterrestrische und das terrestrische Strahlungsspektrum  7

2.1.2  Strahlungsphysikalische Mechanismen in der Erdatmosphäre  8

2.1.3  Das Strahlungsangebot in Deutschland  11

2.1.4  Lokale Einflüsse auf die Strahlungsausbeute  13

Kapitel   3

Solarthermie  - heutige Technologien und ihre Anwendungsbereiche  14

3.1  Hauptkomponenten solarthermischer Anlagen  14

3.1.1  Der Sonnenkollektor  15

3.1.2  Der Wärmespeicher  18

3.2  Nicht konzentrierende Solarthermie  19

3.2.1  Nicht Konzentrierende Kollektortechnologien  20

3.2.2  Anwendungsbereiche der nicht konzentrierenden Solarthermie  23

3.3  Konzentrierende Solarthermie  28

Inhaltsverzeichnis  VII

Kapitel   4

Solarthermie  in Deutschland -Entwicklung und Einflussfaktoren  30

4.1  Die historische Entwicklung der Solarthermie  30

4.1.1  Entwicklung der Solarthermie in Deutschland  31

4.1.2  Der heutige Solarthermiemarkt in Deutschland  32

4.2  Technologische Faktoren  34

4.2.1  Potenzial der Gesamtwirkungsgradsteigerung durch Entwicklung der  

Systemtechnik   34

4.2.2  Die Schlüsselrolle der Wärmespeicher  36

4.2.3  Neue Materialien und Werkstoffe für Solarkollektoren  37

4.2.4  Entwicklung selektiver transparenter Low e Schichten  37

4.2.5  Der Zukunftsmarkt des solaren Kühlens  39

4.3  Ökonomische Faktoren  40

4.3.1  Flächenpotenziale für Solarkollektoren  40

4.3.2  Potenziale durch energetische Modernisierung  41

4.4  Politische Faktoren  43

4.4.1  Ziele der Energiepolitik  43

4.4.2  Die Aufstellung der regenerativen Energien im Wärmemarkt.  43

4.4.3  Der Beitrag bedeutender Gesetze an der Entwicklung der Solarthermie in  

Deutschland   44

4.4.4  Der Beitrag bedeutender Förderprogramme an der Entwicklung der  

Solarthermie  in Deutschland  48

4.5  Soziokulturelle Faktoren  52

4.5.1  Die Wechselwirkungen zwischen politischer und sozialer Ebene  52

4.5.2  Steigende Akzeptanz der erneuerbaren Energien in Deutschland  54

4.5.3  Lokale Vorteile bei Verbreitung der erneuerbaren Energien  54

4.5.4  Ergebnisse einer Studie zu Motiven und Hemmnissen bei der energetischen  

Geb  äudesanierung  55

Kapitel   5

Zusammenfassende  Schlussbetrachtung  57

5.1  Potenziale der Niedertemperatur Solarthermie in Deutschland  57

5.2  Hemmende und treibende Faktoren  59

Fazit   61

Ausblick   62

Literaturverzeichnis   XI

Abbildungsverzeichnis  VIII

Abbildungsverzeichnis 

Abbildung 1:  Elektromagnetisches und sichtbares Spektrum des Lichts mit Angaben der  Wellenlängen und Frequenzen ...................................................................... 7 

Abbildung 2:  Energieverteilungsspektren der Sonnenstrahlung vor und nach dem  Durchgang durch die Erdatmosphäre ............................................................ 8 

Abbildung 3:  Strahlungsbilanz der Erde .............................................................................. 9 

Abbildung 4:  Globalstrahlung in der Bundesrepublik Deutschland .................................. 12 

Abbildung 5:  Kollektorkennlinien verschiedener Kollektortypen  ...................................... 17 

Abbildung 6:  Entwicklung des deutschen Solarmarktes  .................................................... 32 

Abbildung 7:  Weltweit installierte Leistung im Ländervergleich Ende des Jahres 2009;   Gesamt: 172,368.6 MW th  ............................................................................. 33 

Abbildung 8:   Zusammenhang zwischen der Entwicklung des Marktes und dem aktuellen  Entwicklungsstand spezifischer Technologien ............................................. 34 

Abbildung 9:  Simulierte Transmissions‐ und Reflexionsspektren einer einfach TCO‐ beschichteten Scheibe im Vergleich zu einer TCO‐ und 

antireflexbeschichteten Scheibe .................................................................. 38 

Abbildung 10:  Kumulierte installierte Kollektorfläche in Deutschland ............................... 40 

Abbildung 11:  Alter und Wirkungsgrad der Energieumwandlung von Wärmeerzeugern in 

Deutschland.................................................................................................. 42 

Abbildung 12:  Ausgaben der Länder zur Förderung erneuerbarer Energien von 1991 bis 

2001  .............................................................................................................. 50 

Tabellenverzeichnis 

Tabelle 1:  Kennwerte verschiedener nicht‐konzentrierender Kollektortypen  ............. 16 

Tabelle 2:  Übersicht der Kollektortypen nach Anwendungs‐ und Temperaturbereichen

  ...................................................................................................................... 24 

Tabelle 3:  Überblick der Umsetzungsverordnungen zum EnEG ................................... 45 

Tabelle 4:  Monetäre Förderinstrumente im Vergleich  ................................................. 49 

Abkürzungen  IX

Abkürzungen 

AM    Air‐Mass 

AR    Antireflex 

EEG    Erneuerbare‐Energien‐Gesetz 

EEWärmeG  Erneuerbare‐Energien‐Wärmegesetz 

EG    Europäische Gemeinschaft 

EnEG    Energieeinsparungsgesetzes  

EnEV    Energieeinsparverordnung  

IR    infrarot 

MAP    Marktanreizprogramm  

Mio.    Million 

Mrd.    Milliarde 

TCO    Transparent Conducting Oxide 

UV    ultraviolett 

VDI    Verein Deutscher Ingenieure 

Physikalische Einheiten  X

Physikalische Einheiten 

Leistungseinheiten: 

EJ    Exajoule 

GW    Gigawatt 

kW    Kilowatt 

kWh    Kilowattstunde 

MW    Megawatt 

TWh    Terrawattstunde 

W    Watt 

Längeneinheiten: 

Å    Angström 

cm    Zentimeter 

fm    Femtometer 

m    Meter 

mm    Millimeter 

nm    Nanometer 

pm    Pikometer 

μm    Mikrometer 

km²    Quadratkilometer 

m²    Quadratmeter 

Temperatureinheiten: 

°C    Grad Celsius 

K    Kelvin 

  Kapitel 1

Einleitung 

Im  Hinblick  auf  die  gegenwärtige  Klimasituation,  der  zunehmenden  Knappheit  fossiler Energieträger und deren Preissteigerung ist es erforderlich Alternativen für  die  Energiebereitstellung  zu  finden.  Das  derzeitige  Energiesystem  ist  in  vielerlei  Hinsicht  nicht  nachhaltig:  Es  trägt  zur  Veränderung  des  Klimas  bei,  sodass  das  empfindliche  Ökosystem  ins  Wanken  gerät.  Ferner  ist  es  überwiegend  von  endlichen,  fossilen  Ressourcen  abhängig,  welche  global  ungleich  verteilt  sind.  Um  ihren  Energiebedarf  decken  zu  können,  befinden  sich  ressourcenarme  Länder  in  einer permanenten Importabhängigkeit von Ländern, die große Vorkommen fossiler  Energieträger besitzen.  

Laut  der  IEA  (International  Energy  Agency)  lag  der  weltweite  Primärenergieverbrauch  im  Jahr  2008  knapp  über  500 EJ.  Dieser  Verbrauch  ist  auf  globaler  Ebene  in  den  Regionen  sehr  ungleich.  So  verbrauchen  die  USA,  China,  Russland,  Indien,  Japan  und  Deutschland  zusammen,  mehr  als  die  Hälfte  der  weltweiten  Primärenergie.  Diesem  immensen  Energiehunger  liegt  unser  hoher  Lebensstandard  zugrunde,  der  weltweit  zu  rund  80 %  über  fossile  Brennstoffe  gestillt wird. ¹   

Eine  klimafreundliche  und  umweltverträglichere  Alternative  ermöglichen  erneuerbare  Energien.  Sie  bieten  ein  nahezu  unerschöpfliches  Energiepotenzial,  welches  den  derzeitigen  und  zukünftigen  Energiebedarf  bei  Weitem  übersteigt.  Damit sind die regenerativen Energien der wesentliche Schritt, um eine nachhaltige,  sichere  und  unabhängige  Energieversorgung  zu  gewährleisten  und  dem  Klimawandel  entgegen  zu  wirken.  Hierfür  stehen  im  Bereich  der  regenerativen  Energien mehrere Möglichkeiten bereit (z. B. Windrotoren, Sonnenkollektoren), die  verschiedenen  Formen  der  Primärenergie  (z. B.  Windkraft,  Solarstrahlung)  in  Endenergie  (z. B.  Elektrizität,  Biomasse,  Wärme)  umzuwandeln  und  für  unsere  Bedürfnisse als Nutzenergie (z. B. Licht, mechanische Arbeit) bereitzustellen. ²  

Im  Rahmen  der  neuen  EU‐Richtlinie  zur  Förderung  erneuerbarer  Energien  ist  das  Ziel  der  Bundesregierung  bis  2020  den  Endenergieverbrauch  durch  erneuerbare  Energien mit einem Anteil von 18 % zu decken. Anschließend wird eine Entwicklung 

¹  Vgl.:  Quaschning, 2010, S. 26. 

²  Vgl.:  Kaltschmitt, Streicher, & Wiese, 2006, S. 2 f. 

2 Kapitel 1 ‐ Einleitung 

angestrebt,  wobei  der  Anteil  der  regenerativen  Energien  alle  zehn  Jahre  um  ca. 15 % wachsen soll, sodass dieser im Jahr 2050 etwa 60 % beträgt. ³  

Derzeit  basiert  die  Energieversorgung  der  Bundesrepublik  Deutschland  im  Wesentlichen  auf  fossilen  Energieträgern,  wie  Kohle  und  Gas,  sowie  der  Kernenergie.  Zwar  haben  sich  die  Anteile  der  erneuerbaren  Energien  am  Bruttoendenergieverbrauch ⁴   in  den  Jahren  1990  bis  2010  fast  versechsfacht,  besitzen aber mit einem Anteil von 11 % (Stand 2010) noch ausreichend Potenzial  zur  Ausbaufähigkeit.  Dieser  Anteil  setzt  sich  derzeit  aus  sechs  regenerativen  Energiequellen zusammen: ⁵  Biogene Brenn‐ und Kraftstoffe  nehmen mit 71 % den  ersten  Platz  ein,  gefolgt  von  Windenergie  mit  13 %  und  Wasserkraft  mit  7 %.  Nur  sehr  geringe  Anteile  bilden  hierbei  die  Fotovoltaik  mit  4,4 %,  die  Geothermie  mit  2,0 % und die Solarthermie mit nur 1,9 %. 

Bisher lag der Fokus bei der Nutzung der regenerativen Energien, „aus Gründen der  Sicherheit und Diversifizierung der Energieversorgung […] und des wirtschaftlichen  Zusammenhalts“ ⁶ , vorwiegend in der Stromgewinnung. Unverkennbar ist aber, dass  der Stromanteil am gesamten Endenergieverbrauch mit rund 20 % vergleichsweise  gering  ist;  sogar  geringer  als  der  Kraftstoffanteil,  der  rund  30 %  einnimmt.  Im  Wärmebereich  wird  hingegen  rund  die  Hälfte  der  gesamten  Endenergie  verbraucht. ⁷   

Im  Hinblick  auf  den  hohen  Endenergieverbrauch  im  Wärmesektor  bietet  sich  die  Solarthermie  als  regenerative  Energiequelle  aus  mehreren  Gründen  an.  Die  Sonnenenergie  ist,  neben  Biomasse  und  Geothermie,  die  mit  Abstand  größte  regenerative Energiequelle im Wärmebereich. Allein in einer halben Stunde erreicht  unsere  Erde  so  viel  solare  Energie,  wie  die  gesamte  Menschheit  in  einem  Jahr  verbraucht. ⁸   Anders  als  bei  der  Nutzung  von  Biomasse  wird  bei  der  solaren  Wärmegewinnung  kein  potenziell  umweltgefährdender  Brennstoff  benötigt.  Biomasse  stößt,  aufgrund  ihres  hohen  spezifischen  Anbauflächenbedarfs,  beim  weiteren  Ausbau  der  erneuerbaren  Energien  schnell  an  ihre  Potenzialgrenzen  und  steht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. ⁹  

Dennoch  ist  die  Solarthermie  in  der  deutschen  Energie‐  und  Forschungspolitik,  im  Bereich  der  erneuerbaren  Energien,  eine  verhältnismäßig  unscheinbare 

³  Vgl.:  Nitsch, et al., 2010, S. 39 f. 

⁴  Begriffsklärung: 

Der Bruttoendenergieverbrauch „umfasst die gesamte Energie, die an die Endverbraucher 

(Industrie, Verkehr, Haushalte, Dienstleistungen usw.) geliefert wird sowie die bei der Strom‐ und 

Wärmeerzeugung verloren gegangene Energie“ (Agentur für Erneuerbare Energien e.V., 2010b). 

⁵  Vgl.:  BMU, 2011a, S. 2 ff., S. 9. 

⁶  Siehe:  Richtlinie 2001/77/EG des Europäischen Parlaments, 2001. 

⁷  Vgl.:  Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, 2009. 

⁸  Vgl.:  Lehmann & Schindler, 2000, S. 10. 

⁹  Vgl.:  Nitsch, et al., 2010, S. 43. 

3 Kapitel 1 ‐ Einleitung 

Technologie.  So  fließen  vom  Bundesumweltministerium  gerademal  6 %  der  Finanzmittel  des  Forschungsbudgets  für  regenerative  Energien  in  den  Solarthermiesektor.  Dies  entspricht  0,9 %  der  gesamten  von  der  Bundesregierung  bereitgestellten Forschungsausgaben für Energie. ¹⁰  

1.1 Problemstellung und Abgrenzung 

Vor  dem  Hintergrund  der  beschriebenen  Lage  und  dem  Nutzungsstand  des  derzeitigen  Energiesystems  werden  in  der  vorliegenden  Arbeit,  unter  Berücksichtigung  der  politischen,  ökonomischen,  sozialen  und  technologischen  Faktoren,  die  grundsätzlichen  Möglichkeiten  und  Grenzen  für  den  Ausbau  regenerativer  Energien,  im  Bereich  der  Niedertemperatur‐Solarthermie,  für  Deutschland untersucht. 

Dabei  werden  in  dieser  Arbeit  die  Möglichkeiten  der  Solarthermie  durch  ihr  technisches Potenzial beschrieben. Dieses stellt, unter Berücksichtigung gegebener  technischer  Restriktionen,  eine  obere  Grenze  des  theoretisch  Realisierbaren  dar.  Strukturelle  und  ökologische  Einschränkungen,  gesetzliche  Vorgaben  und  weitere  nicht‐technische Beschränkungen grenzen das technische Potenzial weiter ein. ¹¹  

Anhand dieser Darlegung lassen sich folgende zentrale Fragestellungen ableiten:   Worin liegen die technischen Potenziale? 

 Welche  neuen  Anwendungsgebiete  gibt  es  im  Bereich  der  Solarthermie? 

 Besteht  Potenzial  zur  Effizienzsteigerung  durch  Optimierung  der  Komponenten einer solarthermischen Anlage? 

 Wie  groß  ist  das  Einsatzpotenzial  der  Solarthermie  durch  die  Nutzung  potenzieller  Flächen  und  durch  Substitution  vorhandener,  veralteter Heizsysteme? 

 Welche hemmenden und welche fördernden Faktoren gibt es? 

 Welche Förder‐ und Anreizsysteme gibt es und was bewirken sie?   Woher  kommen  die  entscheidenden  Impulse,  die  zur  Akzeptanz  gegenüber der Solarthermie führen? 

¹⁰  Vgl.:  Deutsche Solarthermie‐Technologie Plattform (DSTTP), 2010, S. 6. 

¹¹  Vgl.:  Kaltschmitt, Streicher, & Wiese, 2006, S. 21. 

4 Kapitel 1 ‐ Einleitung 

1.2 Ziele und Aufbau der Arbeit 

Das zentrale Ziel der vorliegenden Arbeit ist, die Potenziale der Niedertemperatur‐ Solarthermie  in  Deutschland  anhand  der  äußeren  Einflüsse,  welche  sich  aus  politischen, ökonomischen, soziokulturellen und technologischen Faktoren ergeben,  zu analysieren sowie die hemmenden und treibenden Faktoren für diesen Markt zu  identifizieren. 

Im  Verlauf  der  Arbeit  werden  in  Kapitel  2  zunächst  die  strahlungsphysikalischen  Mechanismen  bearbeitet,  welche  die  global  bzw.  regional  divergierende  Energiedichte  der  Solarstrahlung  erklären.  Daraus  ergibt  sich  das  Strahlungspotenzial,  welches  zur  solaren  Energiegewinnung  theoretisch  genutzt  werden kann. 

Damit  das  theoretische  Potenzial  der  Sonnenstrahlung  für  die  Wärmegewinnung  genutzt  werden  kann,  sind  solarthermische  Anlagen  erforderlich.  In  Kapitel  3  wird  das  Prinzip  von  Solarthermieanlagen  erläutert  und  ihre  Hauptkomponenten,  insbesondere die Kollektortechnologien dargestellt. Dabei ergeben sich technische  Restriktionen,  welche  die  vollständige  Nutzung  des  theoretischen  Potenzials  des  Strahlungsangebots  erstmals  einschränken.  Ferner  werden  die  möglichen  Anwendungsgebiete  der  Solarthermie  aufgezeigt,  die  das  technische  Nutzungspotenzial dieser Technologie erstmals erkennen lassen. 

Kapitel  4  bildet  den  wichtigsten  Teil  der  Arbeit.  Nach  einem  Einblick  in  die  geschichtliche  Entwicklung  der  Solarthermie  und  der  Darstellung  der  heutigen  Marktsituation  wird  das  Kapitel  in  technologische,  ökonomische,  politische  und  soziokulturelle  Faktoren  aufgegliedert.  Dieser  Gliederung  liegen  die  Variablen  der  PEST‐Analyse  zugrunde,  welche  Erklärungsansätze  für  Potenziale  und  Erfolge  der  Niedertemperatur‐Solarthermie in Deutschland liefern. 

Beginnend  mit  den  technologischen  Faktoren,  werden  die  technischen  Potenziale  beleuchtet, die sich durch die Entwicklung der Systemtechnik, der Wärmespeicher,  neuer  Materialien  und  Werkstoffe  eröffnen.  Anschließend  werden  die  Marktpotenziale  der  Solarthermie  dargestellt,  welche  sich  aus  geeigneten  freien  Flächen ergeben, auf denen Solarkollektoren installiert werden können. Es werden  auch  die  Potenziale  aufgezeigt,  die  sich  im  Rahmen  energetischer  Modernisierungsmaßnahmen  auftun,  wenn  die  veralteten  Heizsysteme  des  Heizungsbestands  in  Deutschland  ersetzt  werden.  Unter  dem  Abschnitt  politische  Faktoren werden bestehende Förder‐ und Anreizsysteme für regenerative Energien  im  Wärmemarkt  und  deren  Auswirkungen  auf  die  Entwicklung  der  Solarthermie  beschrieben. Das Kapitel 4 schließt anschließend mit den soziokulturellen Faktoren  ab.  Es  werden  die  Wechselwirkungen  zwischen  politischer  und  sozialer  Ebene 

5 Kapitel 1 ‐ Einleitung 

betrachtet,  die  zur  gesellschaftlichen  Akzeptanz  gegenüber  den  regenerativen  Energien  geführt  haben.  Weiterhin  werden  Motive  und  Hemmnisse  aus  Sicht  von  Immobilieneigentümern  beleuchtet,  welche  die  Handlungsentscheidung  bezüglich  energetischer Sanierungsmaßnahmen beeinflussen. 

Die  Arbeit  schließt  in  Kapitel  5  mit  einer  zusammenfassenden  Schlussbetrachtung  und  einem  kurzen  Fazit  ab.  Ausgehend  von  den  zwei  zentralen  Fragestellungen  dieser  Arbeit,  ist  die  Schlussbetrachtung  in  zwei  Abschnitte  gegliedert.  Zunächst  werden  die  Fragen  zu  den  Potenzialen  der  Niedertemperatur‐Solarthermie  beantwortet.  Anschließend  werden  vorhandene  politische  Faktoren  und  soziale  Impulse  erörtert,  die  Einfluss  auf  die  Entwicklung  der  Solarthermie  nehmen.  Das  Fazit  fasst  abschließend  die  wichtigsten  Erkenntnisse  der  beiden  Abschnitte  zusammen. 

  Kapitel 2

Allgemeine Grundlagen zur 

Sonnenenergienutzung 

Die Sonne bildet einen der wichtigsten Faktoren für das Leben auf der Erde. Zudem  ist sie der bedeutendste regenerative Energielieferant. Ihre nahezu unerschöpfliche  Energie  erreicht  die  Erdoberfläche  in  Form  von  elektromagnetischer  Strahlung,  welche die wichtigste Grundlage für die Energieströme, wie Wind und Wasserkraft,  auf der Erde bildet. Von allen Energieströmen, die auf der Erde umgesetzt werden,  beträgt  der  Sonnenenergieanteil  über  99,9  %. ¹²   Partikel  und  Gase,  welche  die  Atmosphäre bilden, absorbieren ein Teil der Strahlen und erzeugen dadurch andere  Energieformen,  wie  Wind  und  Wasserkraft.  Neben  der  Absorption  wird  die  Sonnenenergie  auch  durch  Reflexion  an  der  Atmosphäre  und  aufgrund  verschiedener Streuungsmechanismen reduziert. ¹³  

Da  die  Sonnenenergiegewinnung  vom  solaren  Strahlungsangebot  abhängig  ist,  werden in diesem Kapitel die Grundlagen des solaren Energieangebots erläutert. 

2.1 Die Sonnenstrahlung 

Die  Sonne  sendet  ihre  Energie  in  Form  von  Materiestrahlung  und  elektromagnetischer  Strahlung.  Während  der  Großteil  der  lebensfeindlichen  Materiestrahlung  aufgrund  des  starken  Magnetfeldes  der  Erde  abgelenkt  wird,  dringen  die  elektromagnetischen  Strahlen  durch  die  Atmosphäre  hindurch  und  erreichen  die  Erdoberfläche.  Diese  elektromagnetischen  Strahlen  werden  vorwiegend  von  der  Fotosphäre  der  Sonne  emittiert  und  umfassen  den  gesamten  Frequenzbereich  von  sehr  kurzwelliger  bis  langwelliger  Strahlung  mit  Wellen  von  mehreren 100 Metern Länge. ¹⁴  

Ein Teil dieser Strahlung nehmen wir in Form von Wärme und als weißes Licht war.  Das  sichtbare  Licht  ist  ein  sehr  kleiner  Teil  des  elektromagnetischen  Strahlungsspektrums.  Wellenlängen  zwischen  400 nm  und  750 nm,  nimmt  das  menschliche  Auge  als  weißes  Licht  war.  Trifft  dieses  Licht  auf  ein  Prisma  oder  auf 

¹²  Vgl.:  Quaschning, 2007, S. 49 / Kaltschmitt, Streicher, & Wiese, 2006, S. 37; 49. 

¹³  Vgl.:  Pelte, 2010, S. 140 / Kaltschmitt, Streicher, & Wiese, 2006, S. 37. 

¹⁴  Vgl.:  Kaltschmitt, Streicher, & Wiese, 2006, S. 37 f.