Solarenergie – Funktionsweise

Die Solarenenergie bzw. die Photovoltaik ist eine erneuerbare Energie, die in Deutschland hinter der Biomasse am zweithäufigsten genutzt wird. 2008 fielen knapp 34% der gesamten Erzeugung von Energie auf biologischem Weg auf die Solarenergie ab. Damit wird klar, dass die Solarenergie bereits jetzt ein wichtiger Baustein in Sachen Strom aus regenerativen Energien ist. In Zukunft wird sich das noch weiter ausdehnen, da Politik und Wirtschaft erst kürzlich die Goldgrube Solarenergie für sich entdeckt haben.

Das Herzstück einer jeden Photovoltaikanlage ist die Solarzelle, diese wandelt das Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Im Inneren der Solarzelle ist ein Halbleiter untergebracht, der in der Regel aus Silizium besteht. Für einen hohen Wirkungsgrad ist es nicht erforderlich, dass das Silizium besonders rein ist. Zu Beginn der Entwicklung ist man davon ausgegangen, dass das Silizium einen hohen Reinheitsgrad besitzen muss. Dies erwies sich jedoch als teuerer Irrglaube.

Der Halbleiter nutzt den photovoltaischen Effekt. Schließlich werden mehrer Halbleiterschichten übereinander angeordnet, unter Einfluss von Licht, welches in der Chemie als Photonen bezeichnet wird, werden Ladungen frei gesetzt. Diese können in Form von Elektronen über einen Leiter abfließen. Damit entsteht ein Gleichstrom, der direkt verwendet werden kann. Dementsprechend können Geräte mit Gleichstrombetrieb direkt an der Solarzelle betrieben werden, was beispielsweise bei Taschenrechnern oder Armbanduhren schon vermarktet wird. Die Regel ist jedoch, dass der gewonnene Strom in Akkumulatoren gespeichert wird. Für die Erzeugung von Wechselstrom ist es erforderlich, einen Wechselrichter in die Anlage mit aufzunehmen. Nach dem Umwandeln auf Wechselstrom, kann der Strom ins öffentliche Netz eingespeist werden.

Der Wechselrichter besitzt in seinem Inneren einige elektronische Kleinstbauteile, die den Gleichstrom so wandeln, dass er zu einem sinusförmigen Wechselstrom führt. Dies geschieht mittlerweile ohne große Verluste. Einige elektrische Geräte können mit der ungeglätteten Spannungsform bereits arbeiten, was bei einer Einspeisung nicht möglich ist. Deshalb muss der Wechselrichter auch für eine Glättung der Kurven sorgen und die entsprechende Netzfrequenz transformieren. Erst wenn eine saubere 230 Volt Wechselspannung mit einer Frequenz von 50 Hertz zur Verfügung steht, kann eingespeist werden. Zur Anwendung in Photovoltaikanlagen kommen zurzeit drei verschiedene Typen, die an der Steuerung der Anlage fest verbaut sind.

Wer privat eine Photovoltaikanlage auf seinem Dach betreibt, muss den gewonnen Strom in das öffentliche Netz einspeisen. Eine eigene Nutzung ist nicht möglich. Für die Einspeisung erhält der Produzent pro Kilowattstunde 55 Cent von seinem Stromanbieter. Der Preis wird von den restlichen Stromkunden finanziert, indem sie bereits jetzt 1 Cent pro Kilowattstunde als Abgabe für regenerative Energien zahlen. Der gezahlte Preis wird 20 Jahre lang garantiert.

Der Wirkungsgrad von modernen Photovoltaikanlagen beträgt heute 20 – 25%. Bis 2012 geht man davon aus, dass dieser sich noch mal erhöht und die bisherigen Produktionskosten halbiert.

Eine weitere Form der solaren Erzeugung wird mit der Solarthermie ermöglicht. Hier werden die Sonnenstrahlen mit speziellen Spiegeln eingesammelt und gebündelt. Dieses Paket erhitzt eine Flüssigkeit, die einen Antrieb zur Erzeugung von Energie in Gang setzt. Die Technik eignet sich hervorragend für die heimische Warmwasserbereitstellung.

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