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. |