Photovoltaik
Photovoltaikanlage in Kalifornien
Photovoltaik (auch Fotovoltaik) ist die Erzeugung elektrischer Spannung mit Hilfe von Licht, insbesondere auch dem Sonnenlicht, unter Ausnutzung des photovoltaischen Effekts.
Solarzellen erzeugen aus Tageslicht Gleichstrom. Die Spannung einer einzelnen Solarzelle liegt mit angeschlossenem Verbraucher bei etwa 0.45 Volt. Durch Serienschaltung mehrerer Solarzellen zu einem Solarmodul kann diese Spannung auf brauchbare Werte erhöht werden. Die vom Solarmodul gelieferte Energie kann man in einem Akku speichern oder direkt verbrauchen. Häufig wird dazu der Gleichstrom mit einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt. Betreiber Netzgekoppelter Solaranlagen speisen den erzeugten Strom in das Netz eines Energieversorgers ein und erhalten dafür eine festgelegte Vergütung. Gibt es keine Verbindung zum öffentlichen Stromversorgungsnetz, spricht man von einer Inselanlage.
Solarzellen werden aus Halbleitermaterialien, meist Silizium, gefertigt. Es gibt sie in unterschiedlichen Formen, meist rund oder quadratisch.
Eine grundsätzlich andere Art von Solarzellen stellen die Grätzel-Zellen dar.
Verschiedene Arten von Solarzellen
- Monokristalline Solarzellen sind dünne Scheiben von einkristallinem Silizium. Diese Solarzellen sind am langlebigsten und haben den höchsten Wirkungsgrad - ihre Herstellung verbraucht aber auch die meiste Energie.
- polykristalline Solarzellen: Das Material bildet bei der Herstellung viele einzelne Kristalle, erkennbar an der eisblumenartigen Struktur auf der Oberfläche.
- Dünnschicht-Solarzellen: Bei Dünnschicht-Solarzellen wird eine sehr dünne Schicht aus Halbleitermaterial direkt auf Glas oder Edelstahlfolie aufgedampft. Dabei wird nur sehr wenig Material verwendet, so dass Energie- und Materialverbrauch - und damit auch die Herstellungskosten - geringer sind, als bei anderen Herstellungsverfahren. Allerdings sind auch Wirkungsgrad und Lebensdauer von Dünnschichtsolarzellen geringer. Als Materialien werden zum Beispiel Amorphes Silizium, Gallium-Arsenid, Cadmium-Tellurid (CdTe), Kupfer-Indium-Selenid (CIS) verwendet.
- Grätzel-Zellen: Sie sind eine Anwendung der Bionik und verwenden den natürlichen Blattfarbstoff Chlorophyll als Lichtakzeptor und Elektronenpumpe. Als Träger für das Chlorophyll wirkt ein Halbleiter, z.B. Titandioxid (TiO2), das unter der oberen Glasplatte liegt. Die Innenseite der unteren Glasplatte ist mit einem Elektrolyt und Graphit beschichtet. Vorzüge der Grätzel-Zelle liegen in den prinzipiell niedrigen Herstellungskosten und der geringen Umweltbelastung bei der Herstellung sowie darin, dass sie diffuses Licht vergleichsweise gut nutzen kann. Bei experimentellen Zellen wurden Wirkungsgrade bis ca. 15 Prozent erreicht.
Prinzipieller Aufbau einer Photovoltaikanlage
Eine Photovoltaikanlage besteht aus folgenden Komponenten:
- Solarmodule
- Kabel
- Wechselrichter zur Netzeinspeisung
- Stromzähler
Ertrag einer Solarstromanlage
In unseren Breitengraden kann man ungefähr einen mittleren Energieertrag von 750 bis 850 kWh pro kWp (Kilowatt peak) installierter Leistung der Anlage und Jahr erwarten. Je nach den lokalen Klimaverhältnissen kann der Wert auch etwas darüber oder darunter liegen und von Jahr zu Jahr abhängig vom Wetter schwanken.
Hersteller
- Deutsche Cell GmbH; Freiberg (Sachsen)
- BP Solar in Hameln
- Isofoton in Nordrhein-Westfalen
- SolarWorld-Tocher Solar-Factory GmbH (2 x 25 MWp) in Freiberg
- SolarWorld AG mit Sitz in Bonn
- RWE Schott Solar, Alzenau
- Flabeg, Gelsenkirchen
- Solara AG, Wismar
- Berliner Solon AG