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Was ist eigentlich … Photovoltaik?

Solarpanels im Einsatz

Als Beginn unserer inoffiziellen Solarwoche im Blog, in der wir uns v.a. mit – richtig geraten – Solarthemen beschäftigen, wollen wir erst einmal etwas Grundlagenarbeit leisten: Was ist eigentlich Solarenergie bzw. Fotovoltaik?

Kopiert man schlicht von der Wikpedia, dann ist Fotovoltaik „die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie mittels Solarzellen.“ Und das beschreibt den Prozess eigentlich schon. Wer aber doch mehr wissen möchte, als diese wenigen Zeilen, der darf gern weiterlesen:

GRUNDLAGEN

Zunächst ein paar Zahlen, wieso man Fotovoltaik eigentlich nutzen sollte: Die Sonne macht 99% der Masse im Sonnensystem aus, das sind etwa 1,989 Quadrilliarden Tonnen (= 1 989 000 000 000 000 000 000 000 000 000 t). Das ist viel – zu viel, um sich das noch vorstellen zu können. Und jede Sekunde werden 4,3 Millionen Tonnen Materie in Energie umgewandelt. Und von dieser unvorstellbaren Energiemenge gelangen jährlich 1,1 Trillion kWh zur Erde.
Im Jahr 2006 hat die gesamte Menschheit geschätzte 100 Billionen kWh verbraucht – das sind etwa 0,00006%!

Zusammenfassung: Wenn man Strom mit Sonnenenergie erzeugt, wären die Energieprobleme der Menschheit gelöst – und das völlig ohne Abfall. Ein Atomkraftwerk ist ein Witz dagegen

FUNKTION

Aber wie funktioniert nun eine Fotovoltaikzelle bzw. eine Solarzelle genau? Das Ganze basiert mal wieder auf Einstein und seinen Formeln; genauer gesagt, dem fotovoltaischen Effekt als Sonderform des inneren photoelektrischen Effekts. Der Vorgang selbst ist wissenschaftlich kompliziert, arbeitet mit Begriffen wie Defekt-Elektronen, p-n-Übergang und Elektronen-Loch-Paar.

Prinzipiell lässt er sich laienhaft so zusammenfassen: Die energiereichen Lichtteilchen der Sonne treffen auf die Solarzellen und bleiben an bestimmten Punkten der Zellen „kleben“. Durch ein elektrisches Spannungsgefälle kann die „eingefangene“ Strahlungsenergie der Sonne dann in elektrische Energie umgewandelt werden, ähnlich wie eine Batterie auf chemischen Wege aufgeladen wird.
Der in den Solarmodulen der Photovoltaikanlagen erzeugte Strom kann aber noch nicht genutzt werden. Der erzeugte Strom ist Gleichstrom. Aber das deutsche Stromnetz (wie das fast aller Länder auf der Erde) basiert auf Wechselstrom. Daher wird ein so genannter Wechselrichter benötigt, der die Elektrizität von Gleich- in Wechselstrom umwandelt.

Das Fotovoltaik-Prinzip

Wird der auf dem Dach oder im Solarpark erzeugte Strom in das Stromnetz eingespeist, dann braucht man noch einen Rücklieferzähler. Das Gerät zählt einfach nur den Strom, der in das öffentliche Netz eingespeist wird; also, wie viel man in Rechnung stellen darf.

Das vielfache Problem bei Fotovoltaikanlagen ist häufig noch, dass sie sehr temperaturempfindlich sind, weswegen eine spezielle Schutzschicht aufgedampft wird. Zudem weisen normale Solarzellen einen sehr geringen Wirkungsgrad auf; wenngleich mit zunehmender Forschung auch die Energieausbeute einer einzelnen Zelle immer stärker ansteigt.

ANWENDUNG

Ein normaler Ticketautomat mit Solarpanel

Solartechnik findet vielfach Anwendung: In Form gewaltiger Solarparks zur Energieerzeugung oder Fotovoltaikanlagen auf Hausdächern bis hin zu Ampeln oder Parkticketautomaten in den Städten – und vieles mehr …

POPULARITÄT

Neben Wind- und Wasserkraft ist Fotovoltaik eine der Signaturtechnologien beim Thema erneuerbare Energie. Spätestens durch die Raumfahrt oder ausgedehnte Solarparks ist die Fotovoltaiktechnik weltweit bekannt. Sogar eigene Fotovoltaik-Internetforen haben sich ausschließlich diesem Thema gewidmet. Doch nach wie vor herrscht bei Laien große Verwirrung darüber, was genau Photovoltaik ist.

Die größte Unklarheit betrifft den Unterschied zwischen Solarthermie und Fotovoltaik. Solarthermie ist lediglich das Aufheizen von – meist Wasser – mittels Sonnenstrahlung. Mit diesem erhitzten Wasser kann man zwar eine Dampfmaschine antreiben und somit auch wieder Strom erzeugen, doch im Normalfall wird die Solarthermie bspw. zum Erhitzen von Badewasser verwendet.
Wohingegen die Fotovoltaik ausschließlich dem Stromgewinn aus Sonnenenergie dient; ohne „Nebenprodukte“ wie heißes Badewasser.

TRIVIALES

Die potenzielle Größe eines Sahara-Solarparks

2010 haben Forscher an der Stanford University einen neuen Prozess vorgestellt, der sich die Hitze zu nutze machen soll: PETE, kurz für „Photon-Enhanced Thermionic Emission“ (durch Photonen verbesserte glühelektrische Elektronenemission). Diese „Solarzellen 2.0“ sollen effizienter arbeiten, je höher die Temperatur ist.

Laut Siemens AG reicht ein Solarpark in der Sahara-Wüste mit einer Gesamtfläche von 300 x 300 km aus, um den Energiebedarf der gesamten Welt zu decken!

Die Solartechnik hat ihre Ursprünge, wie übrigens auch unsere Turnschuhe, in der Raumfahrt: Mit der US-amerikanischen „Vanguard 1“ startete bereits 1958 der erste Satellit mit Solarzellen. Durch steigende Nachfrage in den folgenden Jahrzehnten wurden Fotovoltaikzellen zunehmend effizienter gestaltet.

Übrigens spielt es keine Rolle, wie man es schreibt: Fotovoltaik oder Photovoltaik ist zulässig, der Duden empfiehlt allerdings die Schreibung mit „F“.

Christian Allner

Christian Allner

Schrift-Architekt bei Schrift-Architekt.de
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Christian Allner

12 Comments

  1. Das ist eine echte Entwicklungschance für Länder mit Wüsten – anstatt Öl zu fördern, sollten sie auf Solarparks und -netze setzen. Hier wurde das richtige Potential noch gar nicht erkannt.

    • Es müssen ja nicht einmal zwangsweise Länder mit Wüsten sein. Generell sonnenreiche Länder (bspw. Spanien, Portugal, Griechenland) könnten sich als Energieproduzenten Europas erweisen – mit PETE sogar noch im verstärkten Rahmen.

      Was das Potenzial angeht, so fürchte ich, wurde es zwar erkannt, aber normale menschliche Gier steht dem im Weg. Meine Vermutung zum Gedankengang eines Öl-Saudis: „Noch fließt das Öl und die Leute kaufen es uns wie die blinden Lämmer. Sobald der Peak Oil erreicht ist und die Förderung zu sinken beginnt – ein Ende also absehbar ist – werden wir unsere Milliarden in die Solarforschung stecken und diese Solarparks bauen. Dann halten wir die Menschen weiterhin an uns gebunden. Aber wozu verfrüht bauen, wenn es zurzeit noch nicht nötig ist?“
      Das spiegelt nur meine persönliche Meinung wider, nicht die von Vireo. Hier möchte ich klar abgrenzen!

  2. Ich finde ja auch dass die regenerativen Energien die Zukunft haben, aber nur die jeweiligen Anlagen helfen noch nicht allen, dafür scheint bei uns zu selten die Sonne. Die Leitungen müssen eben auch so ausgelegt sein, dass sie den Strom über weite Strecken transportieren können, aber genau dort wird längst nicht so viel investiert, wie nötig wäre.

    • Wenn es danach geht, kann man überall mehr investieren. 😉

      Aber das stimmt, die Verteilung und v.a. Speicherung der elektrischen Energie ist ein großes Problem, denn: Es gibt sie kaum. Strom wird nur erzeugt, wenn er gebraucht wird. Es wird nicht/selten gespeichert, sondern „verpufft“, wird er nicht benötigt, meistens einfach.

  3. Hi wo ist der like Button? 🙂

  4. Ich bin jetzt auch endlich dabei und habe mit endlich ein RSS Feed Tool installiert. Wo kriege ich den jetzt den Link zum Feed ?

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