Einleitung

Solarzellen vermögen Sonnenlicht in elektrischen Strom umzuwandeln.
Dieser Prozess wird auch als photovoltaisches Prinzip bezeichnet.
Diese Form der Energiewandlung wurde schon 1839 vom französischen
Physiker Becquerel entdeckt, wird jedoch erst seit ende der fünfziger
Jahre zur Stromgewinnung eingesetzt.

Die Erforschung dieser Art der Sonnenenergie-Nutzung wurde vor allem durch die Intensivierung der Raumfahrt vorangetrieben, denn durch ihr geringes Gewicht und ihre Wirkungsweise ist die Solarzelle geradezu ideal für die Stromversorgung von Satelliten.

Funktionsprinzip

Solarzellen sind aus verschiedenen Schichten zusammengesetzt (Abb.1). Das Herz der Zelle sind die positiv-leitende p-Schicht, resp. die negativ-leitende n-Schicht, die üblicherweise aus Silizium hergestellt sind. Treffen Photonen, also die Sonnenstrahlen, auf die Solarzelle, entsteht zwischen diesen Schichten eine elektrische Spannung, die zum Betrieb von Stromverbrauchern wie zum Beispiel Haushaltsgeräten verwendet werden kann.

Photovoltaikanlagen funktionieren entweder als netztgekoppelte Anlagen oder als Inselbetriebe.

Netzkoppelung

Wie der Name schon sagt, sind bei der Netzkoppelung die Solarzellen mit dem öffentlichen Elektrizitätsnetz verbunden. Dies bedeutet, dass die Anlage bei Überproduktion ihren Überschuss ins Stromnetz leitet, während der Verbraucher Strom aus dem Netz bezieht, wenn die Anlage, zum Beispiel bei Bewölkung oder in der Nacht, zu wenig Energie in Strom umwandelt.

Inselbetrieb

Beim Inselbetrieb (Abb.2) ist die Anlage nicht ans Stromnetz angeschlossen. Es kann also nur soviel Strom verbraucht werden, wie durch die Solarzellen tatsächlich umgewandelt wird. Um bei einer allfälligen Überproduktion den überschüssigen Strom zu speichern, werden Akkumulatoren eingesetzt, von denen man in Zeiten der Unterproduktion Strom beziehen kann. Inselbetriebe sind dann sinnvoll, wenn das zu elektrifizierende Objekt weit vom öffentlichen Stromnetz entfernt ist. Beispiele dafür sind Ferienhäuser im Alpenraum, elektr. Wasserpumpen oder auch Satelliten.

Ein Hauptproblem von Photovoltaikanlagen liegt in der Art des gewonnenen Stroms. Es wird immer Gleichstrom erzeugt. Da Stromverbraucher aber Wechselstrom benötigen, muss man in die Anlage einen Wechselrichter einbauen, der den Strom umwandelt und den Preis einer Anlage in nicht unerheblichen Masse verteuert.
Auch bei der Gewinnung von Silizium, dem weitaus am häufigsten zur Fertigung von Solarzellen eingesetzten Material, gibt es Probleme. Silizium ist zwar ein in der Erdkruste häufig vorkommendes Material, kann jedoch nur in sehr energieintensiven und aufwendigen Prozessen reduziert und gereinigt werden. Somit ist es noch nicht möglich, eine Photovoltaikanlage zu bauen, die mehr Energie umwandelt als ihre Produktion verschlingt.