Wissenswertes

    

Was ist Photovoltaik (PV)?

Der Begriff Photovoltaik ist zurückzuführen auf Phos (griechisch: Licht) und Volt (Maßeinheit der elektrischen Spannung). Folglich steht Photovoltaik für Umwandlung von Sonnenlicht mittels Solarmodulen in elektrische Energie.

Zur Geschichte

Bereits 1839 erkannte der französische Physiker Becquerel, dass die Sonneneinstrahlung ein enormes Energiepotential darstellt. Trotzdem fand diese Art der Energieumwandlung erst Mitte der fünfziger Jahre Anwendung. Aufgrund der Wirkungsweise und dem minimalem Gewicht von Solarzellen, hat Photovoltaik besonders in der Raumfahrt Fortschritte gemacht nämlich für Satelliten, die ins All befördert werden sollten. Ursächlich für die Entwicklung der Photovoltaik für diese Zwecke war die Tatsache, dass herkömmliche Energiequellen, wie Batterien oder Nuklearzellen den Anforderungen keinesfalls gerecht geworden wären. Herkömmliche Energie wäre viel zu schnell aufgebraucht gewesen und der Satellit wäre somit unbrauchbar gewesen. In der Entwicklung leistungsstarker Solarzellen aus Silizium lag der Schlüssel zum Erfolg. Die PV bildete eine unerschöpfbare Energiequelle, da sie sich der Energie der Sonne bedient. Außerdem entstehen keine Abfallprodukte (Abgase).

Das Prinzip

Eine Photozelle funktioniert auf eine simple Art und Weise: Das Licht, das in die Zelle einfällt, erzeugt elektrische Spannung in den Siliziumplättchen. Diese wird durch Elektroden den Oberflächen entnommen. Bei voller Sonneneinstrahlung liefert eine Photozelle (Standardzelle 10×10 cm) eine Spannung von 0,5 V und einen Strom von 3 A, somit eine Leistung von 1,5 W. Ein Modul, eine Gruppe zusammengeschalteter Photozellen, erhöht die Leistung immens.

Photovoltaischer Effekt

Eine Solarzelle besteht aus verschiedenen Halbleiterbauelementen, die das Licht in elektrische Energie umwandeln. Halbleiter werden bei Licht und Wärme elektrisch leitfähig. Es sind drei Schichten vorhanden, die beiden äußeren sind positiv und negativ geladen und die innere Schicht (Grenzschicht) ist neutral. Die Grenzschicht ist die wichtigste, da sie die Sonnenstrahlen in elektrische Energie umwandelt.Wird die Grenzschicht der beiden Halbleiter mit Licht bestrahlt, entsteht elektrische Spannung und die Energie des Lichts befreit negative Ladungsträger im Material. Es entsteht ein Photovoltaischer Effekt. Wenn man einen Verbraucher anschließt, dann fließt die Ladung von der positiven in die negative Schicht, der Kreislauf ist geschlossen und die Stromerzeugung ist aktiv.

zelle

Wie werden Solarmodule hergestellt?

Ausgangsmaterial der PV Zellen ist hochreines Silizium, das in dieser Form in der Natur nicht vorkommt. Das Reinigen des Siliziums, das nur verbunden mit anderen Elementen existiert, ist der teuerste Vorgang in der Produktion von PV Zellen. Nach der Reinigung werden die hochreinen Siliziumstäbe in flache Scheiben zerteilt und anschließend geglättet. Ein anderes Verfahren erzeugt amorphes Silizium, indem Siliziumatome auf eine Glasscheibe aufgedampft werden. Danach folgt das "Dotieren". Bei diesem Prozess verunreinigen Fremdatome die Siliziumscheiben. Nach diesem Vorgang haben die Siliziumscheiben Halbleitereigenschaften und können prinzipiell schon als PV Zellen bezeichnet werden. Abschließend werden die PV Zellen zu Modulen zusammengeschaltet und zum Schutz vor Wetterbedingungen wie Regen, Schnee etc. hinter eine Glasplatte gesetzt.

    

Welche Vorteile ergeben sich durch die Verwendung von PV?

 – Die Energiequelle (Sonne) ist unbegrenzt vorhanden

– PV Anlagen verursachen keinen Lärm, keine Abgase und kein CO2

– Silizium als Rohstoff ist preiswert vorhanden

– Bau von Kleinstgeräten (Uhr) bis zur Grosskraftwerken möglich

– Die Größe der PV Anlage ist nachträglich beliebig erweiterbar

– Unabhängigkeit von Energiekrisen aufgrund von dezentraler

Energieversorgung

– PV Anlagen verbrauchen nicht viel Platz und können auf Dächern,

Fassaden usw. montiert werden.

 

Einstrahlung

Es ist unglaublich, aber die Sonne liefert das 10.000fache des Energieverbrauches der gesamten Menschheit. Die Leistung der Sonneneinstrahlung beträgt im All unglaubliche 175 Mrd. Megawatt! Die Erdoberfläche erreichen abzüglich Streuverluste in der Atmosphäre durchschnittlich 1.000 W pro m2 Der Wert der maximal möglichen Einstrahlung (Voraussetzung ist ein wolkenloser Tag) dient als Richtwert für sämtliche Berechnungen. Solarmodule können, abhängig von dem jeweiligen Typ, zwischen 3 und 16 % der maximalen Einstrahlung in elektrische Energie umsetzen. Eine PV Anlage von 1 m2 Oberfläche kann demnach etwa 160 W erzeugen.


Ausrichtung der Module

Die Module müssen stets optimal in Richtung der Sonne montiert werden. Die Winkel der Sonneneinstrahlung variieren aufgrund von unterschiedlichen Jahreszeiten und Breitengraden. Die ideale Ausrichtung erfolgt immer gegen Süden. Die Neigung des Moduls sollte dem Breitengrad des Standortes entsprechen. Weiterhin sollte berücksichtigt werden, dass die Module für eine optimale Leistung jeder Zeit beleuchtet sein müssen.

orientierung