Grundlegende Informationen über die Technik
Geschrieben von: Christian Gutsche
Heimlich, still und leise produziert eine Photovoltaik-Anlage vollautomatisch Strom – genau so sollte unserer Meinung nach eine Zukunftstechnologie sein: sanft und angepasst.
Wie funktioniert eine Photovoltaik-Anlage?
In den Photovoltaik-Modulen wird aus Sonnenlicht Strom erzeugt. Wie viel Strom erzeugt wird, hängt von der Art der Module, ihrer Ausrichtung und natürlich vom Wetter und Sonnenstand ab. Die Module produzieren Gleichstrom. Da aber das Stromnetz mit Wechselstrom läuft, muss der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden. Dies geschieht in einem Wechselrichter. Anschließend wird in einem Stromzähler die Menge an produziertem Strom gemessen.
Wie funktioniert eine Solarzelle?
Hier sehen Sie eine vereinfachte Darstellung einer Solarzelle. In der Mitte haben wir zwei sogenannte Halbleiterschichten (das kann auch unterschiedlich behandeltes Silizium sein). Die beiden Schichten sind verschieden, so dass sich zwischen ihnen ein elektrisches Feld aufbaut (dargestellt durch die „-“ und „+“). Dann gibt es oben und unten noch eine leitende Schicht und Kabel, um den später erzeugten Strom dahin zu bringen, wo er hin soll.
Trifft nun ein Lichtstrahl (roter Pfeil), also Energie, auf die Solarzelle, so wissen wir, dass die Energie nicht einfach verloren gehen kann. Vereinfacht gesagt wird ein Elektron (gelber Kreis mit dem „-“) durch diesen Energiestoß von dem Atom (grüner Kreis, „+“), an dem es sich befindet, losgerissen und kann sich nun frei bewegen. Im elektrischen Feld der Solarzelle wird das negativ geladene Elektron vom Plus-Pol angezogen und bewegt sich dahin, vom Minus-Pol wird ein neues Elektron für das Atom nachgeliefert, folglich fließt ein Strom.
Die verschiedenen Solarzellen-Technologien
Herkömmliche kristalline Solarzellen haben eine Dicke von 0,3 bis 0,5 mm. Dünnschicht-Solarzellen sind nur ein Hundertstel so dick (das entspricht einem Zehntel einer Haaresbreite). Dadurch benötigt man in der Produktion weniger als ein Hundertstel des Materials. Außerdem benötigt die Herstellung von Dünnschichtsolarzellen nur zwei Drittel der Energie, die für die Herstellung kristalliner Solarzellen gebraucht wird. So haben Dünschichtsolarzellen schon nach 1 bis 2 Jahren die Energie erzeugt, die für ihre Produktion gebraucht wurde. Kristalline Solarzellen brauchen dafür 3 Jahre.
Auf der anderen Seite sind kristalline Solarzellen momentan noch wesentlich effizienter als Dünnschichtsolarzellen und haben einen Wirkungsgrad zwischen 10 und 20 Prozent, wohingegen der Wirkungsgrad von Dünnschichtsolarzellen momentan bei nur 5 bis 10 Prozent liegt, weshalb Dünnschichtzellen einen wesentlich höheren Flächenbedarf haben. Bei nicht perfekt ausgerichteten Dachflächen sind aufgrund der geringeren Kosten Dünnschichtsolarzellen in vielen Fällen dennoch die bessere Wahl. In jedem Fall können Photovoltaik-Anlagen gut und gerne 25 bis 30 Jahre Strom produzieren und leisten damit also einen großen Beitrag für die Umwelt und unser Klima.
In jedem Fall wollen wir Solarzellen auf Silizium-Basis benutzen, da Rohstoffe wie Cadmiumtellurid begrenzt und ökologisch bedenklich sind. Silizium hingegen ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste und steckt z.B. in Sand. Silizium wird uns nicht ausgehen, um Silizium müssen keine Kriege geführt werden und es ist absolut ungefährlich.