Aus Sonne wird Strom

Photovoltaik ist der Fachbegriff für die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlen in Strom durch den photovoltaischen Effekt mittels sogenannter Solarzellen.

Die Nutzung der Photovoltaik wird dabei in Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen und Netzunabhängige Photovoltaikanlagen unterschieden.

Photovoltaikanlagen setzen vor Ort weder Luftschadstoffe noch Treibhausgase frei. Sie sparen fossile Energieträger und reduzieren dadurch den Ausstoß von klimaschädlichem CO2.

Bei modernen Photovoltaikanlagen geht man heute von einer Lebensdauer von circa 25 Jahren aus. In dieser Zeit erzeugt der Solargenerator mehr als das Dreifache bis Fünffache der Energie, die für die Produktion der Solaranlage benötigt wurde.


Solarzellen:

Das zentrale Bauelement einer Photovoltaik-Anlage ist die Solarzelle. Diese Zellen können Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie umwandeln.

Das Prinzip:

Die Energiewandlung mit Solarzellen beruht auf dem photovoltaischen Effekt, der bei der Bestrahlung von speziell behandelten Halbleitermaterialien mit Licht geeigneter Wellenlängen auftritt.

Bei handelsüblichen Solarzellen wird hochreines Silizium als Halbleitermaterial verwendet.

Die Oberseite des Siliziumplättchen wird mit negativen Atomen (z.B. Phosphor) und die Unterseite mit positiven Atomen (z.B. Bor) angereichert, so entsteht zwischen beiden Zonen ein elektrisches Feld. Trifft Licht auf diese Solarzelle, werden freie Ladungsträgerpaare gebildet, die sich unter dem Einfluss des inneren elektrischen Feldes trennen. Die negativen Ladungsträger, die Elektronen, gelangen zur oberen Fläche und an der unteren Seite bildet sich eine positive Ladung. Auf diese Weise entsteht eine Gleichspannung zwischen Ober- und Unterseite, die mittels Elektroden abgegriffen werden kann.

Schaltet man nun mehrere Zellen in Reihe, so kommt man zu einer Spannungserhöhung und parallel geschaltet ergibt sich eine Stromerhöhung.


Leistung:

Obwohl sich der Fotoeffekt mit einer Vielzahl von Halbleitermaterialen beobachten lässt, wird in der Praxis jedoch fast ausschließlich polykristallines Silizium mit einem Wirkungsgrad von zwischen 13 Prozent und 18 Prozent verwendet. Der beste Wirkungsgrad einer Solarzelle/Solarzellenanlage wird bei senkrechter Sonneneinstrahlung erreicht.

In unseren Breiten ist eine fest installierte Anlage optimal ausgerichtet, wenn sie einen Neigungswinkel von 30° hat und möglichst nach Süden ausgerichtet ist.

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Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen:

Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen sind über einen Wechselrichter an das öffentliche Stromversorgungsnetz angeschlossen. Der Wechselrichter wandelt den in Solarzellen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und speist ihn wieder ins öffentliche Netz ein.

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Netzunabhängige Photovoltaikanlangen:

Netzunabhängige Photovoltaikanlagen arbeiten im so genannten 'Inselbetrieb', also ohne Verbindung zum öffentlichen Stromversorgungsnetz. Zur Überbrückung von sonnenarmen Zeiten und für die Nacht sind hier wieder aufladbare Batterien zur Speicherung des Stroms notwendig. Für die Größe des Solargenerators sind das Verbraucherverhalten und die Speicherkapazität der Batterien entscheidend, wobei unbedingt spezielle Solarbatterien verwendet werden sollten. Netzunabhängige Anlagen sind nur sinnvoll, wenn ein Anschluss an das Stromnetz nicht möglich oder dieser Anschluss sehr viel teurer ist. Sie eignen sich beispielsweise für Schrebergärten, die keine Stromversorgung haben.

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