PHOTOVOLTAIK - ENERGIE VON DER SONNE

 

Die bläuliche Beschichtung verhindert das Reflektieren der Sonnenstrahlen auf den Modulen und erhöht damit den Wirkungsgrad von PV-Anlagen ganz beträchtlich. Aber auch architektonisch lässt sich diese besondere Farbgebung bewusst einsetzen, um Akzente zu setzen. Ob auf dem Dach, oder an der Fassade...

WAS IST DIE PHOTOVOLTAIK

Entdeckt wurde der photovoltaische Effekt vor mehr als 150 Jahren. Dem französischen Physiker Bequerel gelang bereits im Jahre 1839 die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Lange Zeit wurde dieser Effekt nur in der Fotographie bei der Belichtungsmessung ausgenutzt. Durch die Raumfahrtprogramme der 50-er Jahre des 20. Jahrhunderts und dem Einsatz der Photovoltaik-Module als Energieversorgung für Satelliten und Raumfahrzeuge gelangte diese Technik zum Durchbruch. Im Weltall ist die Photovoltaik die einzige Möglichkeit, die dauerhafte Energieversorgung ohne verbrauchende Medien zu gewährleisten. In der Raumfahrt spielten die Kosten für diese Technik nur eine untergeordnete Rolle. Die Produktion der Silizium-Module ist aber durch die intensive Forschung und Entwicklung im Zuge der Raumfahrt enorm verbessert worden und die Kosten sanken dadurch in wirtschaftliche Bereiche. Die Erdölkrisen der 70-er Jahre des vorigen Jahrhunderts verstärkten die Bemühungen, alternative Energiequellen für die zukünftige Versorgung zu untersuchen und zu verbessern.

WIE FUNKTIONIEREN SOLARZELLEN

Das Ausgangsmaterial der Solarzellen ist Sand. Silizium (Sand) ist der zweithäufigste Rohstoff auf der Erde und somit quasi unerschöpflich. Die Solarzellen sind das Herz jeder Photovoltaik-Anlage. Sie bestehen je nach Typ der Produktion aus monokristallinen (16% Wirkungsgrad, aufwändigste Herstellung), polykristallinen oder amorphen (6% Wirkungsgrad, billigste Produktion) Silizium-Zellen. Die Herstellungsart bestimmt die Kosten und den Wirkungsgrad der Zellen. Die Solarzellen bestehen aus einem Halbleitermaterial. Durch die Lichteinstrahlung werden im Halbleitermaterial positive und negative Ladungsträger freigesetzt. Eine Siliziumzelle besteht aus zwei unterschiedlich "dotierten" Schichten, der n- und der p-leitenden Siliziumschicht. Ein elektrisches Feld trennt aber diese Ladungsträger und so kann der Austausch nicht in den Zellen erfolgen, sondern es entsteht eine elektrische Spannung zwischen den Metallkontakten der Ober- und Unterseite der Solarzellen. Wie bei einer Batterie kann dieser Stromkreis durch Anschluss von Verbrauchern geschlossen werden. Es fließt elektrischer Gleichstrom.

VON EINER EINZELNEN SOLARZELLE ZUM SOLARKRAFTWERK

Eine einzelne Solarzelle liefert eine elektrische Spannung von ca. 0.5 Volt. Um höhere Spannungen erreichen zu können, werden viele Zellen zu größeren Modulen zusammengeschaltet. Der so erzeugte Gleichstrom wird in Wechselrichtern in 230 Volt Wechselstrom umgewandelt. In dieser Form kann er für alle im Haushalt gängigen Elektrogeräte verwendet werden. Wird mehr Strom erzeugt, als im Haus verbraucht wird, so kann der "Überschuss" an ein Energieversorgungsunternehmen verkauft werden, wenn eine Kopplung mit dem öffentlichen Stromnetz besteht. Das Speichern von Energie in Batterien und Akkus ist nicht besonders wirtschaftlich. In Berghütten und Wochenendhäusern wird die Energie sehr wohl in Batterien gespeichert und bietet so oft die einzige Möglichkeit Elektrogeräte zu betreiben. Hier wird der Gleichstrom meist direkt verwendet und betreibt 12 Volt Haushaltsgeräte. Ein solcher Einsatz wird als Inselbetrieb bezeichnet.

BISHERIGE EINSATZMÖGLICHKEITEN DER PHOTOVOLTAIK

Über den Einsatz in Raumfahrzeugen und Satelliten wird die Solartechnik seit Jahren erfolgreichen in Taschenrechnern, Sendestationen, Notrufsäulen, Anzeigetafeln, Parkscheinautomaten, Straßenbeleuchtungen,... eingesetzt. Viele Unternehmen und auch Private nutzen große Dachflächen zur Aufstellung von Solarmodulen zur Eigenstromerzeugung. Und dies ohne Lärm und Abgase zu erzeugen, fast wartungsfrei über viele Jahrzehnte hinweg.

ZUKUNFT DER PHOTOVOLTAIK

Noch lange sind nicht alle Einsatzgebiete der Photovoltaik ausgeschöpft. Einen entscheidenden Schritt wird die Kombination mit der Brennstoffzellentechnik in wenigen Jahren darstellen. Die Solarzellen werden dann Wasser durch die Elektrolyse (elektrische Aufspaltung) in Sauerstoff und Wasserstoff trennen. Diese Elemente können bequem gespeichert werden und bei Bedarf verbinden sich diese in der Brennstoffzelle selbstständig wieder zu Wasser unter Abgabe von Strom. Dies wird im Haushalt, in Fahrzeugen und vielen weiteren Bereichen als Stromquelle genutzt werden. .

WIE PROFITIERT DIE UMWELT VON DIESER TECHNIK

Die Energieerzeugung der Zukunft wird wesentlich billiger (Rohstoffe Sonnenenergie und Wasser) und umweltfreundlicher als bisher sein können. Sie ist nicht mehr abhängig von Erdöl und Erdgas, durch deren Verbrennung treibhausfördernde Schadstoffe in der Luft freigesetzt werden. Damit ist die Photovoltaik ein wesentlicher Beitrag zum Klima- und Umweltschutz. Auch auf die problematische Atomenergie wird man in ein paar Jahren verzichten können. Noch immer sind die Themen Entsorgung von Reaktorstäben und die garantierte Vermeidung radioaktiver Verseuchung bei Störfällen nicht geklärt.

PHOTOVOLTAIK ALS TEIL DER ERNEUERBAREN ENERGIEQUELLEN

Im Verbund mit Wind- und Wasserkraft, der Nutzung der Biomasse, dem Einsatz von Sonnenkollektoren und Wärmepumpen, der Brennstoffzellentechnik und weiteren umweltfreundlichen Energiegewinnungsmöglichkeiten ist die weltweite Stromversorgung in Zukunft auch ohne gefährliche, rohstoffverbrauchende oder umweltschädigende Technologien möglich. Keiner will auf Bequemlichkeit und Komfort verzichten. Und er wird es auch nicht müssen.