Photovoltaikanlagen
Solarzellen dienen dazu, Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Mann nennt dieses Verfahren Photovoltaik. Die Zellen bestehen aus verschiedenartigen Halbleiterschichten, die meistens aus hochreinem Silizium sind. Man unterscheidet dabei zwischen monokristallinen, polykristallinen und amorphen Solarzellen.
Die Leistung einer Photovoltaikanlage wird in Wpeak (Wp) angegeben, das ist die Leistung in Watt, die eine Anlage bei optimaler Sonneneinstrahlung maximal erreichen kann. Gute Anlagen liefern pro m³ Modulfläche in Süddeutschland pro Jahr etwa 80 - 100 kWh an elektrischer Energie.
Während die monokristallinen dunkelblau bis schwarzen Solarzellen am reinsten sind und daher auch den höchsten Wirkungsgrad (bis zu 17%) haben, brauchen die blauglitzernden polykristallinen Zellen eine etwas größere Fläche bei vergleichbarer Leistung. Sie sind in der Herstellung etwas kostengünstiger als die aus einem Einkristall gezogenen monokristallinen Solarzellen.
Amorphe Solarzellen erreichen maximale Wirkungsgrade von ca. 10% und sind am kostengünstigsten.
Fällt das Licht auf die Solarzelle, fließt Strom. Die Solarzelle wandelt Licht direkt in elektrischen Strom um. Damit können Beleuchtung, Elektronik oder Maschinen versorgt werden.
Das Energieangebot durch die Sonne hat jedoch prinzipielle Nachteile: Die Sonne scheint eben nur am Tag, im Sommer mehr als im Winter, und in südlichen Ländern stärker als bei uns im Norden. Eine Photovoltaikanlage mit 1 kWp (kilowattpeak) liefert in Hamburg ca. 700 kWh Strom pro Jahr, dieselbe Anlage in Regensburg dagegen bringt ca. 1000 kWh Strom pro Jahr.
Eine Photovoltaikanlage mit 3 kWp würde den Energiebedarf eines Haushaltes mit einem Durchschnittsverbrauch von ca. 3.000 kWh decken.
Auch wenn die Sonnenenergie selbst nichts kostet, ist die Stromgewinnung sehr aufwendig. Dennoch: Ein Blick auf die Energiemengen der Sonne ist ermutigend genug. Die Sonnen strahlt jährlich eine Energiemenge von 1.233.000.000.000.000.000 Kilowattstunden auf das System Lufthülle-Erde. Dies entspricht 175.000 Terrawattjahren (TWa). Nur etwa die Hälfte dieser Energie erreicht die Erdoberfläche, der Rest wird durch die Lufthülle reflektiert und absorbiert. Etwa zwei Drittel dieser Hälfte werden von den Meeren aufgenommen. Das verbleibende Drittel trifft auf die Kontinente. Insgesamt strahlt die Sonne auf die Landflächen der Erde etwas 25.000 Terrawattjahre Sonnenenergie pro Jahr.
Entscheidende Vorteile der Photovoltaik:
- kein Brennstoffverbrauch
- umweltfreundlich, keine Emission von Schadstoffen und Lärm
- verschleißfrei
- wartungsarm
- Solarzellen lassen sich in kleinsten Einheiten und praktisch überall installieren (z.B. auf Dächern, an Hausfassaden)
- Für jeder Kilowattstunde die in das öffentliche Leitungsnetz eingespeist wird, erhält der Betreiber 99 Pfennig