Photovoltaik
Die Fotovoltaik beziehungsweise Photovoltaik beschäftigt sich mit der Umwandlung von Strahlungsenergie, vornehmlich Sonnenenergie, in elektrische Energie und ist seit 1958 zur Energieversorgung (von zunächst Satelliten) im Einsatz.
Begriff
Der Name setzt sich aus den Bestandteilen Phos - das griechische Wort für Licht - und Volta - nach Alessandro Volta, einem Pionier der Elektrizität - zusammen.
Technische Beschreibung
Der Wellenlängenbereich der wandelbaren elektromagnetischen Strahlung geht vom kurzwelligen, nicht sichtbaren Bereich über den sichtbaren Bereich (Licht) bis weit in den langwelligeren infraroten Bereich hinein. Bei der Umwandlung wird der fotoelektrische Effekt ausgenutzt.
Es trifft ständig weitaus mehr Strahlungsenergie der Sonne auf die Erde, als die Menschheit Energie verbraucht. Die Wandlung dieser Energie ist ohne Erzeugung von schädlichen Nebenprodukten wie Abgasen (beispielsweise Kohlendioxid) möglich. (Eine 700 mal 700 km große Fläche in der Sahara mit Fotovoltaikpanelen ausgekleidet würde den weltweiten Energiebedarf decken, siehe auch Sonnenenergie.)
Entwicklung der Fotovoltaik
Der fotoelektrische Effekt wurde bereits 1839 von dem französischem Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt, als er die Einwirkung von Licht auf Materie und elektrochemische Vorgänge untersuchte. Nachdem Becquerel der Nachweis des Effekts in einem Elektrolyt-Bad gelang, wiesen 1876 amerikanischen Physiker dasselbe Phänomen in einem Selenkristall nach. 1954 wurde schließlich die erste Siliziumzelle, mit einem Wirkungsgrad von fünf Prozent, ebenfalls von amerikanische Physikern gebaut. In den 1960er und 1970er Jahren gab es, vor allem durch die Nachfrage aus der Raumfahrt, entscheidende Fortschritte in der Entwicklung von Fotovoltaikzellen.
Seit den 1970er Jahren wird verstärkt politisch versucht, die Erschließung dieser Energiequelle durch technische Fortschritte auch wirtschaftlich interessant zu machen. Führend sind hierbei die USA, Japan und auch die Bundesrepublik Deutschland, welche mit gesetzlichen Maßnahmen wie dem 100.000 Dächer-Programm und dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) erhebliche finanzielle Anreize bietet.
Die Energiewandlung findet mit Hilfe von Solarzellen, die zu so genannten Solarmodulen verbunden werden, in Fotovoltaikanlagen statt. Bei Einspeisung der Energie in das öffentliche Stromnetz nimmt ein Wechselrichter die nötige Wandlung vor.
In der saarländischen Gemeinde Quierschied, Ortsteil Göttelborn wird 2004/2005 die größte Fotovoltaikanlage der Welt mit einer Leistung von bis zu 7,4 Megawatt entstehen.
Das 100.000 Dächer-Programm lief Mitte 2003 aus und wurde Anfang 2004 durch die Änderung beziehungsweise Novellierung des EEG kompensiert. Die Einspeisevergütung wurde entsprechend angehoben.
Leistung
Die Nennleistung in der Fotovoltaik wird in Wp (Wattpeak) beziehungsweise kWp angegeben. "peak" (engl. Höchstwert, Spitze) bezieht sich auf die Leistung bei Testbedingungen, die dem Alltagsbetrieb nicht direkt entsprechen. Es handelt sich dabei auch nicht um die Leistung der Zelle oder des Moduls bei höchster Sonneneinstrahlung. Die Testbedingungen dienen zur Normierung und zum Vergleich verschiedener Solarzellen oder Solarmodule. Die elektrischen Werte der Bauteile unter diesen Bedingungen werden in den Datenblättern angegeben. Es wird bei 25 °C Modultemperatur, 1000 W/m² Bestrahlungsstärke und einem Air Mass von 1,5 gemessen. Dies sind die STC-Bedingungen (Standard-Test-Conditions), die als internationaler Standard festgelegt wurden. Können diese Bedingungen beim Testen nicht eingehalten werden, so muss aus den gegebenen Testbedingungen die Nennleistung rechnerisch ermittelt werden. Die Bestrahlungsstärke von 1000 W/m² kommt in Mitteleuopa über ein Jahr gesehen nicht sehr häufig vor (je weiter südlich, desto häufiger). Im normalen Betrieb haben Solarmodule beziehungsweise die Solarzellen bei dieser Einstrahlung eine wesentlich höhere Betriebstemperatur als die im Test vorgesehenen 25 °C und damit auch einen deutlich niedrigeren Wirkungsgrad.
Die von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung wird von einem Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt, wobei die Leistung der Wechselrichter der tatsächlich ins Netz eingespeisten Leistung entspricht. Momentan eingesetzte Wechselrichter haben ihren MPP (Maximum Power Point = Punkt des besten Wirkungsgrades) bei ca. 80% der kWp-Leistung, künftige Geräte sollen sogar bis an 95% der kWp-Leistung herangehen.
Siehe auch
Regenerative Energie, Sonnenenergie, Solartechnik, Solarfahrzeug, Solarflugzeug, Zukunftstechnologie
Literatur
- Ralf Haselhuhn: "Photovoltaik - Gebäude liefern Strom", Ein BINE-Informationspaket, TÜV Verlag 2005, ISBN 3-8249-0854-9
- Adolf Goetzberger, Bernhard Voß, Joachim Knobloch, Sonnenernergie - Photovoltaik, Teubner 1997, ISBN 3519132141
- H.-G. Wagemann, H. Eschrich, Grundlagen der photovoltaischen Energiewandlung, Teubner, 1994, ISBN 3-519-03218-X
- Thomas Seltmann: "Fotovoltaik: Strom ohne Ende", Solarpraxis Verlag Berlin 2000 (aktualisiert 2004), ISBN 3-934595-02-2
Weblinks
- Portal zur Energieforschung: Thema Fotovoltaik
- Portal mit den beliebtesten Webseiten zum Thema
- informative Seite zur Fotovoltaik, zu regenerativen Energien
- Portal für Fotovoltaik in Deutschland
- USA - National Center for Photovoltaics (englisch)
- Solaranlagen-Portal
- Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V.
- Solarenergie Förderverein Deutschland e.V.
- Erneuerbare-Energien-Magazin der DGS
- Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft
- Bundesweite Aufnahme der monatlichen Stromertragsdaten von Photovoltaikanlagen