Wie erneuerbare Energien funktionieren und Stromnetze weltweit umgestalten

Erneuerbare Energien stammen aus Quellen, die sich auf menschlicher Zeitskala selbst erneuern — Sonnenlicht, Wind, fließendes Wasser, Wärme im Erdinneren und organische Stoffe. Anders als Kohle, Öl, Gas oder Kernbrennstoff werden diese Quellen nicht verbrannt oder verbraucht; Kraftwerke erfassen stattdessen Energie, die bereits in der Umwelt vorhanden ist, und wandeln sie in Strom um.

Wie jede Technologie Natur in Strom umwandelt

Windturbinen nutzen Blätter, die wie Flugzeugflügel geformt sind. Wenn Wind über sie streicht, erzeugt der Druckunterschied auf jeder Seite einen Auftrieb, der einen Rotor dreht. Der Rotor dreht einen Generator — entweder direkt oder über ein Getriebe, das die Drehzahl erhöht — und diese mechanische Drehung erzeugt Strom, der über eine Umspannstation ins Netz eingespeist wird, nach Angaben des U.S. Department of Energy.

Solarpanels funktionieren anders: Sie haben keine beweglichen Teile. Silizium-Solarzellen werden so behandelt, dass eine Schicht positive Ladung trägt und eine andere negative Ladung. Wenn Sonnenlicht auf die Zelle trifft, stoßen Photonen Elektronen los, und dieser Elektronenfluss — der photovoltaische Effekt — erzeugt Gleichstrom (DC). Da Haushalte und die meisten Netze mit Wechselstrom (AC) arbeiten, konvertiert ein Wechselrichter den Strom, bevor er genutzt wird.

Wasserkraftwerke nutzen die Kraft von fallendem oder fließendem Wasser, um eine Turbine zu drehen, die mit einem Generator verbunden ist — das gleiche Grundprinzip wie Wind, aber mit dem Gewicht und der Bewegung von Wasser statt Luft. Geothermiekraftwerke nutzen unterirdisch gespeicherte Wärme, um Dampf zu erzeugen, der eine Turbine antreibt, während Bioenergiekraftwerke organische Stoffe wie Ernteabfälle oder Holz verbrennen, um Wärme zu erzeugen, die in Strom umgewandelt wird.

Erneuerbare Energien schließen zu Kohle auf

Laut dem Global Energy Review der Internationalen Energieagentur versorgten erneuerbare Energien 2025 34 % der weltweiten Stromerzeugung, gegenüber 32 % im Jahr 2024 und 23 % vor einem Jahrzehnt. Zusammen mit Kernenergie erreichten emissionsarme Quellen 2025 43 % der weltweiten Erzeugung — den höchsten Anteil in fünfzig Jahren, sagte die IEA.

Allein Solarenergie trug 2025 etwa 600 Terawattstunden Stromerzeugung bei, ihren größten jährlichen Anstieg ever, berichtete die IEA. Wind- und Solarenergie zusammen erreichten 17 % der weltweiten Stromerzeugung, gegenüber etwa 5 % vor einem Jahrzehnt. Die IEA sagte, dass die weltweite erneuerbare Stromerzeugung 2025 'praktisch gleichauf mit' der Kohleverstromung war, während die Kohleverstromung selbst um etwa 0,5 % fiel — ihr erster Rückgang außerhalb einer Krisenzeit seit 2015.

Warum Variabilität die zentrale Herausforderung im Engineering ist

Wind- und Solarleistung steigt und fällt mit dem Wetter und dem Tageslicht, daher benötigen Netzoperatoren andere Werkzeuge, um die Versorgung jeden Moment mit der Nachfrage abzustimmen.

Batterien sind eines der Hauptwerkzeuge geworden, um diese Schwankungen auszugleichen. Die weltweite Batteriespeicherkapazität wuchs 2025 um 108 GW, etwa 40 % höher als 2024, laut IEA. China fügte etwas über 63 GW hinzu und die Vereinigten Staaten 19 GW, ein Anstieg von 60 % Jahr-zu-Jahr. In Kalifornien ist der Batteriespeicher von weniger als 1 % der stündlichen Netzausgleichsbedarfe vor fünf Jahren zu über 60 % im ersten Quartal 2026 angewachsen, sagte die IEA.

Was kommt als nächstes

Die IEA prognostiziert, dass zwischen 2025 und 2030 weltweit 4.600 GW neue Kapazität für erneuerbare Energien installiert werden — etwa doppelt so viel wie in den vorherigen fünf Jahren hinzugefügt wurde — wobei Solarenergie etwa 80 % dieses Wachstums ausmacht. Die weltweite Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien wird voraussichtlich um 60 % steigen, von 9.900 Terawattstunden im Jahr 2024 auf 16.200 Terawattstunden im Jahr 2030, wodurch der Anteil der erneuerbaren Energien an der weltweiten Stromerzeugung auf 43 % steigt.