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Als "Solarthermie" bezeichnet man die energetische Nutzung von Sonnenlicht mittels Absorption und Umwandlung in Wärme. Grundsätzlich werden dabei zwei Bereiche unterschieden, nämlich der Niedrig- und der Hochtemperaturbereich.
Die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mittels Solarzellen gehört nicht zur Solarthermie. Dieser Bereich, die sogenannte Photovoltaik, wird in "Strom aus Sonnenlicht" behandelt. Über die indirekte Nutzung der Sonnenenergie durch Wasserkraftwerke und Windkonverter informieren "Strom aus Wasserkraft und "Strom aus Wind".
Physikalisch gesehen besteht Sonnenlicht aus elektromagnetischen Wellen, deren Länge zwischen 0,3 und 2,5 millionstel Metern liegt. Trifft diese Strahlung auf Materie, wird sie mehr oder weniger "absorbiert" und in Wärme umgesetzt. Es hängt von der Art des absorbierenden Stoffes ab, wieviel Energie dabei aufgenommen wird. Bekanntlich sind weiße Materialien schlechte Absorber, da sie praktisch das gesamte sichtbare Spektrum des Sonnenlichts reflektieren. Am besten absorbieren schwarze Materialien. Sie erscheinen uns schwarz, da sie das ganze Spektrum des Sonnenlichts in sich aufnehmen. Entsprechend stärker erwärmen sich dunkle Materialien, wenn sie der Sonne ausgesetzt sind, denn mit der Absorption des Sonnenlichts gehen die Moleküle der bestrahlten Materie zum Teil in angeregte Energiezustände über.
Auch die Erdoberfläche ist gegenüber der Sonne ein Absorber. Durch die Einstrahlung der Sonne empfängt die Erdoberfläche pro Quadratmeter im Jahr eine Energie von bis zu 2500 Kilowattstunden. In Deutschland sind es im Jahr 1000 Kilowattstunden. Diese Einstrahlung sorgt für die Erwärmung von Boden, Wasser und Luft.
Eine besonders wichtige Rolle spielt dabei die Lufthülle der Erde. Ohne die Lufthülle würde nämlich die von der Erdoberfläche absorbierte und in langwellige Infrarot-Strahlung umgesetzte Sonnenenergie in den Weltraum zurückgestrahlt. Die mittlere Temperatur an der Erdoberfläche würde lediglich minus 18° Celsius betragen. Die Lufthülle wirkt jedoch als "Wärmefalle": Einerseits läßt sie das Sonnenlicht weitgehend durch. Ihre Gase "schlucken" lediglich große Teile der ultravioletten und infraroten Strahlung sowie schmale Bänder des optisch sichtbaren Lichts, die sich in der Spektralanalyse als "Fraunhofersche Linien" nachweisen lassen. Die Lufthülle absorbiert so 17,4 Prozent der Sonneneinstrahlung auf die Erde und setzt sie in Wärme um. Andererseits verhindert die Lufthülle die unverzügliche Rückstrahlung jener 52 Prozent der Sonneneinstrahlung, welche die Erdoberfläche erreichen. Sie absorbiert die langwellige Wärmestrahlung, die aus der Absorption des Lichts an der Erdoberfläche entsteht, und erwärmt sich dadurch ein weiteres Mal. Dies ist der Grund, weshalb an der Erdoberfläche nicht Eiseskälte, sondern tatsächlich eine mittlere Temperatur von plus 15° Celsius herrscht.
Insgesamt nimmt so die Erde - genauer gesagt das System aus Erdoberfläche und Lufthülle - 69 Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie auf. Der Rest von 31 Prozent wird an der Lufthülle reflektiert und geht dem Energiehaushalt des Planeten "verloren".
Unabhängig von der Temperatur an ihrer Oberfläche strahlt die Erde genau soviel Energie in den Weltraum ab wie sie von der Sonne empfängt. Für die Gesamtbilanz ist es unerheblich, welche Temperatur an der Erdoberfläche herrscht. Für die Biosphäre unseres Planeten jedoch, die sich auf die erwähnte mittlere Temperatur von plus 15° Celsius eingestellt hat, können schon geringfügige Temperaturschwankungen innerhalb des Systems Erdoberfläche/Lufthülle verheerende Auswirkungen haben. Deshalb fürchten wir uns heute vor dem "Treibhauseffekt" - genauer gesagt vor einer ungewollten Verstärkung des bereits vorhandenen und durchaus lebensnotwendigen Treibhauseffekts infolge der Zunahme von Kohlendioxid und anderen absorbierenden Gasen in der Atmosphäre. Aber auch die Abnahme absorbierender Gase in der Atmosphäre kann schlimme Folgen haben. Deshalb fürchten wir uns vor dem "Ozonloch" bzw. der Ausdünnung jener Ozon-Schichten, welche den größten Teil der lebensbedrohlichen ultravioletten Strahlung des Sonnenlichts absorbieren.