Photovoltaik - kosten- und emissionsfreie Energie.

Emissionsfreie Energie

Allgemeinwissen Photovoltaik.


Wussten Sie, dass die Sonne pro Jahr etwa 10.000 mal mehr Energie auf die Erde abstrahlt, als derzeit Primärenergie (Erdöl, Gas, Kohle, Holz, etc.) verbraucht wird. Eine Abschätzung zeigt, dass der benötigte Jahresstrombedarf z.B. in Baden Württemberg mittels Photovoltaik-Anlagen gedeckt werden könnte. Bei einem Wirkungsgrad von nur 10% entspräche die dazu notwendige Solarzellenfläche etwa 1% der Fläche von Baden-Württemberg, d.h. weniger als die heute vorhandene Dachfläche.

 

Da stellt sich die berechtigte Frage, warum diese kosten- und emissionsfreie Energie nicht viel mehr genutzt wird?

Funktionsschema PV

Was ist Photovoltaik?


Bei Photovoltaik-Anlagen wird die Lichtenergie (Photonenenergie der Sonne) mit Hilfe von Silizium Photoelementen in elektrische Energie umgewandelt. Die daraus gewonnene Gleichspannung (meist 24V DC) wird mit einem sogenannten „Zerhacker“ (Wechselrichter) in Wechselspannung (meist 230V AC) umgewandelt. Die elektrische Energie wird entweder direkt verwendet, ins öffentliche Netz eingespeist oder nur der Überschuss ins öffentliche Netz eingespeist.

Von der Entdeckung zur Nutzung.


Schon vor 150 Jahren haben Wissenschaftler entdeckt, dass bestimmte Materialien, sogenannte Halbleiter, unter gewissen Umständen in der Lage sind Strom zu leiten. Bereits Ende des 19-ten Jahrhunderts wurden Bauteile entwickelt die Licht in Elektrizität umwandelten; die Energieausbeute war dabei allerdings noch zu gering, um diese Zellen in einem größeren Umfang zur Energieerzeugung einzusetzen. Erst im Zuge der Vorbereitung der ersten Weltraumflüge ab ca. 1950 wurden verstärkt Forschungen auf diesem Gebiet durchgeführt, wobei im Vordergrund die Suche nach neuen, geeigneten Materialien für die Photovoltaikzellen stand. Schon sehr bald zeigte sich, dass das Element Silizium (Si) die besten Eigenschaften aufwies. Es eignet sich hervorragend für die Herstellung von Halbleitern und ist als das zweithäufigste chemische Element der Erde in großen Mengen verfügbar.

 

Funktionsschema einer Solarzelle

Um Elektrizität aus Siliziumzellen erzeugen zu können, muss ähnlich wie bei einer Batterie Strom vom positiven zum negativen Pol fließen. Aus diesem Grund besteht eine Photovoltaikzelle aus zwei Schichten, einer positiv und einer negativ „dotierten“ Lage. Dotiert werden die einzelnen Schichten, indem dem Silizium bestimmte chemische Elemente beigemischt werden. Eine Solarzelle wird an der Oberseite mit Phosphor und an der Unterseite mit Bor besprüht. Die Oberseite hat 5 Elektronen und die Unterseite 3 Elektronen. Die Elektronen versuchen ein Gleichgewicht zu erzielen (je 4 Elektronen). Da Silizium 4 Elektronen hat, dient es quasi nur als Transportmedium. Fällt Licht auf diese Zelle, entsteht eine Spannung zwischen diesen beiden Schichten, die an den Polen abgegriffen werden kann. Eine einzelne Zelle erzeugt allerdings nur sehr wenig Strom, daher werden viele Photovoltaikzellen zu einem Modul in Reihe zusammengeschaltet. Mehrere Module bilden einen PV-Generator.

 

Funktionsschema PV-Anlage

In einem Modul werden die Solarzellen in Reihe zusammengeschaltet. Eine Solarzelle hat eine Spannung von 0,5V und einen Strom von 3-7 Ampere (je nach Größe). Durch die Reihenschaltung, ergibt sich eine Modulspannung von 36 Volt und ein Strom von 5-7 Ampere. Auf diese Weise wird eine genügend hohe Spannung und Stromstärke bereitgestellt, um auch ganze Haushalte mit Elektrizität zu versorgen. Bevor der Strom aus Sonnenlicht eingespeist werden kann, muss er noch aufbereitet werden. Die Photovoltaikzellen liefern Gleichstrom der über einen sogenannten Wechselrichter in den üblichen 50 Hertz Wechselstrom umgewandelt werden muss. Bei sogenannten „Inselanlagen“ wird der Solar erzeugte Strom in Batterien gespeichert. So ist auch nachts, oder bei geringer Sonneneinstrahlung eine geregelte Stromversorgung garantiert.



Polykristallines Silizium

Wer war der Entdecker?


Der photovoltaische Effekt wurde 1839 vom französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt.

 

 

 

Woher kommt der Name?


Die Bezeichnung Photovoltaik ist eine Kombination aus dem griechischen Wort für Licht und dem Namen des Italieners Allessandro Volta. Er war ein Pionier in der Erforschung der Elektrizität.

Gerechte, umweltfreundliche und friedliche Energiegewinnung.