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So funktioniert Photovoltaik |
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Jeder von uns hat sie schon einmal gesehen oder besitzt sie
selbst: Solar betriebene Taschenrechner, Armbanduhren oder
Radios. Winzige Solarzellen versorgen diese Geräte mit
Strom, wobei nicht einmal die Sonne als Energiequelle benötigt
wird: Eine gewöhnliche Deckenlampe reicht aus, um den
geringen Strombedarf solcher Geräte zu decken. Diese
eher spielerische Anwendung der direkten Stromerzeugung durch
Licht zeigt schon sehr deutlich das umweltschonende Potenzial
dieser Technik. Aber ob im kleinen oder im großen,
industriellen Stil; eines haben alle diese Anwendungen der
direkten Umsetzung von Licht in Elektrizität gemeinsam:
Sie nutzen eine der umweltschonendsten Formen der Energiegewinnung,
den photovoltaischen Effekt.
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Von der Entdeckung...
Schon vor ca. 150 Jahren haben Wissenschaftler entdeckt,
dass bestimmte Materialien, so genannte Halbleiter, unter
gewissen Umständen in der Lage sind, Strom zu leiten.
Bereits Ende des 19ten Jahrhunderts wurden die ersten
Bauteile entwickelt, die Licht in Elektrizität umwandelten;
die Energieausbeute war dabei allerdings noch zu gering,
um diese Zellen in einem größeren Umfang zur Stromgewinnung
einzusetzen. Erst im Zuge der Vorbereitung der ersten
Weltraumflüge ab ca. 1950 wurden verstärkt Forschungen
durchgeführt, wobei im Vordergrund die Suche nach neuen,
geeigneten Materialien für die Photovoltaikzellen stand.
Schon sehr bald zeigte sich, dass das Element Silizium
die besten Eigenschaften aufwies. Es eignet sich hervorragend
zur Herstellung von Halbleitern und es ist als das zweithäufigste
chemische Element der Erde in großen Mengen verfügbar. |
Silizium findet sich auf der Erde im Allgemeinen in Form
von Sand. Dieser enthält aber neben Silizium noch viele andere
Stoffe in unterschiedlichem Mischungsverhältnis. Zur Herstellung
von Solarzellen wird das Element jedoch in möglichst reiner
Form benötigt, um einen größtmöglichen Wirkungsgrad der Zelle
zu gewährleisten.
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... zur Nutzung
Um Elektrizität aus Siliziumzellen erzeugen zu können,
muss ähnlich wie bei einer Batterie ein 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. Fällt Licht auf
diese Zelle, entsteht eine Spannung zwischen den beiden
Schichten, die an den Polen abgegriffen werden kann. Eine
einzelne Zelle erzeugt allerdings nur wenig Strom; daher
werden viele Photovoltaik-Zellen in einem Modul zusammengeschaltet.
Mehrere Solarmodule bilden einen PV-Generator . |
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Auf diese Weise wird eine
genügend hohe Spannung und Stromstärke bereit gestellt,
um auch ganze Haushalte mit Elektrizität versorgen zu
können. Bevor der Strom aus Sonnenlicht allerdings eingespeist
werden kann, muss er noch "aufbereitet" werden. Die Photovoltaik-Zellen
liefern Gleichstrom, der über einen so genannten Wechselrichter
in den üblichen 50Hz-Wechselstrom umgewandelt werden muss.
Bei Insel-Anlagen wird der solar erzeugte Strom in Batterien
gespeichert. So ist auch nachts oder bei geringer Sonneneinstrahlung
eine geregelte Stromversorgung garantiert.
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