Photovoltaik

Sonnenlicht kann auf unterschiedliche Weise zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden. Als Photovoltaik werden solche Verfahren bezeichnet, bei denen eine direkte Umwandlung der Strahlung der Sonne in Strom erfolgt, ohne dabei z.B. den Umweg über die Erhitzung von Wasser oder eines Gases zu nehmen. Die direkte Stromerzeugung beruht auf der ionisierenden Wirkung des Lichts, das heißt seiner Fähigkeit, Elektronen von Atomen zu lösen. Die Umweltverträglichkeit des auf diese Weise erzeugten Ökostroms ist offensichtlich, da keinerlei Emissionen von Schadstoffen auftreten.

Praxistauglich sind bislang hauptsächlich Solarzellen auf Siliziumbasis, die sich insbesondere durch ihre hohe Lebensdauer auszeichnen. Eine große Zahl von Forschungsinstituten hat sich zum FVEE (ForschungsVerbund Erneuerbarer Energien) zusammengeschlossen, zu dessen Zielen auch die Weiterentwicklung dieser Zellen gehört. Auf der Homepage http://www.fvee.de/forschung/forschungsthemen/photovoltaik findet sich eine große Zahl von Veröffentlichungen zu neuen wissenschaftlichen Entwicklungen und Herstellungsverfahren von Solarzellen.

Photovoltaik für Ökostrom

Bereits im Jahr 2010 soll nach gegenwärtiger Planung ein neuer Typ von Solarzellen Marktreife erlangen, in dem für die Stromerzeugung dünne Folien aus organischen Kohlenstoffverbindungen genutzt werden. Diese als „Organische Photovoltaik“ bezeichnete Technologie weist zwei Vorzüge auf: Organische Solarzellen können erheblich kostengünstiger hergestellt werden und sind erheblich leichter als Zellen auf Silizium Basis. Allerdings weisen Organische Solarzellen gegenwärtig noch einen schlechteren Wirkungsgrad und eine kürzere Lebensdauer auf. Wie alle organischen Verbindungen werden auch sie geschädigt, wenn sie langfristig der UV-Strahlung der Sonne ausgesetzt werden. Die Zukunftsprognosen sind allerdings erheblich positiver, mittelfristig können gemäß gegenwärtiger Prognosen sowohl Lebensdauer als auch Wirkungsgrad erheblich gesteigert werden. Einen Überblick über derzeit erforschte Konzepte alternativer Solarzellen bietet die physikalische Fakultät der Universität Oldenburg unter http://ehf.uni-oldenburg.de/pv/26314.html.

Entstehung der Photovoltaik

Die Photovoltaik als ein Teilgebiet der Solartechnik beschäftigt sich mit der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom. Obwohl der photoelektrische Effekt schon seit 1839 bekannt ist und Albert Einstein, der in 1905 erstmals wissenschaftlich erklärte, zum Nobelpreis in Physik verhalf, ließ seine Nutzung noch einige Jahre auf sich warten.

Erst die Raumfahrtindustrie machte ihn salonfähig und trieb seine Entwicklung voran. Seit den 1950-er Jahren wurde der aus Sonnenenergie gewonnene Strom zunächst vorwiegend in der Satellitentechnik genutzt.

In der heutigen Zeit wird versucht, dass Energieproblem auch über die Ausnutzung der Sonnenenergie zu lösen. Befürworter der Photovoltaik berufen sich darauf, dass die Sonnenenergie kostenlos zur Verfügung steht und bis auf eine teilweise sehr intensiven Flächenverbrauch für die Installation der Solaranlagen keine weiteren Schäden für die Umwelt zu erwarten sind. Allerdings könnte dieser durch Anbringen der entsprechenden Solartechnik auf Dächern oder Flächen, die nicht landwirtschaftlich genutzt werden auf ein Minimum reduziert werden. Allein die Wüsten dieser Welt bieten genügend Fläche und die Sonneneinstrahlung ist in diesen Gebieten immens. Für Deutschland zum Beispiel wäre die Gewinnung von Solarstrom in Nordafrika und seinen Transport über große Freileitungen eine interessante Variante. Also fördert Ökostrom Photovoltaik? Hier gibt es immer noch unterschiedliche Meinungen. Jedoch steigt der Absatz an Photovoltaikanlagen von Jahr zu Jahr, was vor allem an den billig in China produzierten Anlagen liegt. Und auch hier gibt es Probleme. Gerade in Deutschland sind so mehrere namhafte Firmen Insolvent gegangen.

Es gibt auch Gegenstimmen. Kritiker des durch Photovoltaik erzeugten Stromes bemängeln den im Moment noch sehr geringen Wirkungsgrad entsprechender Anlagen. Tatsächlich kann mittels der Solaranlagen nur Gleichstrom mit einer niedrigen Spannung erzeugt werden. Zusätzlich hängt die Wirtschaftlichkeit auch von den Sonnenstunden ab. Zwar sind die Tages- und Jahresgänge heute schon statistisch gut vorhersagbar, allerdings reicht die Menge des erzeugten Stromes nur in den Sommermonaten aus, um einen Teil der Mittellast um die Mittagszeit zu decken. Eine Abdeckung der Grundlasten, also der Netzbelastung, die in einem Stromnetz zu keiner Zeit unterschritten wird, ist durch sie noch nicht möglich. Grundlasten werden im Moment über Atom- und Kohlekraftwerke garantiert.

Photovoltaik in Kürze erklärt

Die Entwicklung der Photovoltaik-Technik hat große Fortschritte vorzuweisen. Durch den Einfall von Lichtteilchen in Solarzellen wird elektrischer Strom erzeugt, welcher in der Regel in das zentrale Stromnetz eingespeist wird.

Photovoltaik – Allgemein

Der Begriff Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Ladung. Anders, als bei der Solarthermie, einer Technik, die die Wärmeenergie des Sonnenlichtes verwendet, fallen hier keine weiteren Zwischenschritte an. Die Photovoltaik zeichnet sich hierdurch als unkomplizierter Weg der Stromgewinnung aus.

Photovoltaik – In der Praxis

Die Zahl an Unternehmen, die Solaranlagen verkaufen, installieren und warten ist stark angestiegen. Der starke Wettbewerb ändert jedoch wenig daran, dass die Herstellung von Solarzellen sehr kostspielig und energieaufwändig ist; die Ursache hierfür ist die Gewinnung des Elementes Silizium, welches der Hauptbestandteil jedes Solarmoduls ist. Die teure Produktion schlägt sich natürlich im Kaufpreis nieder.
Der Anstieg an Unternehmen in der Solarbranche lässt sich durch die große Anfrage erklären.
Zwar sind Photovoltaik-Anlagen noch relativ kostspielig, ihr Betrieb wird jedoch subventioniert und natürlich spielt, nicht zuletzt, das gewachsene Umweltbewusstsein eine Rolle. Der einfachste Weg die Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage auf dem eigenen Dach zu ermitteln ist einen professionellen Gutachter zu Rate zu ziehen.
Dieser kann mit Hilfe der Eigenschaften das Daches, wie zum Beispiel der Neigung, der Fläche und der Sonneneinstrahlung ermitteln, ob eine Photovoltaik-Anlage sich rentiert.

Photovoltaik – Was passiert mit dem Strom

Es gibt 3 Möglichkeiten, den Strom aus einer Solaranlage zu verwerten. Die gewöhnliche Methode für Privathaushalte ist die Einspeisung des Stroms in das zentrale Stromnetz. Der Strom wird also verkauft. Eine andere Möglichkeit ist der Verbrauch des Stroms direkt vor Ort, was allerdings einige technische Schwierigkeiten mit sich bringt. Die Methode, von der im Normalfall abgeraten wird, ist das Speichern der gewonnenen Energie in Akkumulatoren. Dies ist zur Zeit jedoch noch ineffizient, da die Akku-Technologie noch nicht weit genug ausgereift und sehr kostspielig ist.

Foto: Neville Micallef, Malta