Photovoltaik

Photovoltaik-Anlagen wandeln die Energie der Sonne in elektrischen Strom um und verwenden dabei Solarzellen. Bereits 1958 wurde diese Technologie in der Raumfahrt genutzt. Hier kamen Sonnensegel zum Einsatz.

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Heutzutage werden Solaranlagen auf den Dächern von Privathäusern und Unternehmen installiert und sorgen für eine umweltschonende Energieerzeugung. Solarparks bestehen aus großflächigen Anlagen, welche eine hohe Menge an Strom erzeugen. Die Effizienz konnte stetig verbessert werden, sodass sich der Bau in wenigen Jahren rentiert. Photovoltaische Zellen werden außerdem in vielen technischen Gegenständen des Alltags eingesetzt. Taschenrechner, Uhren und viele andere Geräte werden somit unabhängig von einer Batterie oder des Stromnetzes betrieben.

Bei Photovoltaik-Anlagen wird das Prinzip des photoelektrischen Effektes ausgenutzt. Durch das einfallende Licht lösen sich Elektronen aus ihrem Verband und stehen als freie Ladungsträger zur Verfügung. Durch die Kombination von mehreren Zellen lässt sich die Leistung der Anlage steigern und der erzeugte Strom kann entweder direkt genutzt oder gespeichert werden. Auf dem Dach installierte Photovoltaikanlagen speisen den Strom in das Netz ein. Zunächst einmal muss hierfür eine Umwandlung in Wechselstrom stattfinden. Festkörper, in diesem Fall die Solarzellen, verfügen im Inneren über positive und negative Ladungsträger. Bei den photovoltaischen Zellen werden Halbleitermaterialien verwendet.

Halbleiter weisen unter dem Einfluss von Licht beziehungsweise Wärme eine elektrische Leitfähigkeit auf. In rund 95 Prozent aller Solarzellen wird Silizium verwendet, da es ein häufig aufzufindender Stoff ist und bei der Verarbeitung als umweltverträglich gilt. Zunächst einmal muss die Solarzelle dotiert werden, dass heißt es werden verschiedene chemische Elemente in die Zelle eingebracht. Diese erzeugen entweder einen negativen oder positiven Ladungsträgerüberschuß. Man spricht dabei von der n-leitenden beziehungsweise p-leitenden Halbleiterschicht. Zwei entgegengesetzt dotierte Halbleiterschichten bilden zusammen den p-n-Übergang. Zwischen ihnen baut sich ein elektrisches Feld auf.

Fällt Licht auf das Material, dann können sich die Ladungsträger lösen. Durch das elektrische Feld trennen sich die Ladungen und die sich aufbauende Spannung wird abgegriffen. Die einzelnen Solarzellen sind rund 10 bis 15 Zentimeter groß und werden zu großen Flächen zusammen gefügt. Sie werden mit einer Schutzschicht versehen, sodass die Reflexionen des Lichtes verringert werden. Photovoltaikanlagen lassen sich auf großen und kleinen Dachflächen einsetzen. Entscheidend ist die optimale Ausrichtung der Flächen. Die optimale Justierung sorgt für eine hohe Ergiebigkeit. Eine regelmäßige Wartung sichert die Funktionstüchtigkeit und bei einem Ausfall kann das Haus über das Stromnetz mit Energie versorgt werden. Bei einer Überproduktion wird der erzeugte Strom in das Netz eingespeist und der Gegenwert den Hauseigentümern gutgeschrieben.

Die Solarenergie zählt zu den erneuerbaren Energien und erlebte in den letzten Jahren einen Aufschwung. Im Jahr 2012 wurden in Deutschland insgesamt 33 GW Nennleistung registriert, die Tendenz ist steigend. Experten prognostizieren bis zum Jahr 2020 einen Anstieg auf 70 GW. Probleme finden sich im Bereich Speicherung, da hierbei oftmals starke Verluste auftreten. Würden diese Schwierigkeiten behoben werden, dann könnte die Effizienz noch weiter gesteigert werden. Insgesamt gesehen stellen Photovoltaikanlagen eine zukunftsweisende Technologie dar, welche umweltschonend und sauber ist. Da immer mehr Privathaushalte eine eigene Anlage besitzen, wird ein zunehmender Grad an Unabhängigkeit erreicht. Durch die Anbringung auf dem Dach wird keine zusätzliche Standfläche benötigt. Zu den Vorteilen der Solaranlagen zählt zudem der geräuscharme Betrieb. Nachteilig wirken sich die Anschaffungskosten aus, diese müssen sich durch die Kostenersparnis rentieren. Moderne Photovoltaikanlagen haben sich innerhalb weniger Jahre amortisiert, sodass sich ein Bau über kurze Zeit gesehen wirtschaftlich lohnt.