Sonnenenergie

 

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Totale Sonnenfinsternis in Libyen am 29.3.2006

Bei der Nutzung der Solarenergie muß man zwischen der Erzeugung von Strom und der Erzeugung von Wärme (Warmwasser, Heizung) unterscheiden. Die direkte Stromerzeugung mit Hilfe von Solarzellen nennt man Photovoltaik, die Erzeugung von Warmwasser Solarthermie. Eine Zwischenform sind solarthermische Kraftwerke, die zunächst heißes Thermoöl oder Wasser erzeugen und die gewonnene Wärme dann in Strom umwandeln. Derartige Kraftwerke gibt es in den USA, sie funktionieren aber nur bei direkter Sonneneinstrahlung und machen daher in Mitteleuropa keinen Sinn, wo ca. 50% der Sonneneinstrahlung diffus sind. Solarzellen können hingegen sowohl die direkte als auch die diffuse Sonnenenergie nutzen.

Photovoltaik: Direkte Stromerzeugung aus Sonnenlicht

 

Begriffserklärung:

Eine Solarzelle ist ein einzelnes Bauelement, das eine bestimmte Spannung und einem bestimmte Strom liefern kann. Die Leistung beträgt typischerweise ca. 1 Watt.

Will man höhere Spannungen / Ströme erreichen, so muß man mehrere Zellen in Reihe / parallel verschalten. Diese werden dann dauerhaft verkapselt und ergeben ein Modul. Module haben eine typische Leistung von 50W bis einigen 100W, der Leistungsbereich variiert von wenigen mW bis viele 100W.

In der Regel schaltet man mehrere Module zu einem Solargenerator zusammen. Auf Hausdächern lassen sich so Anlagenleistungen von durchschnittlich 1-5 kW erreichen. Der Solargenerator ist dabei in der Regel über einen Wechselrichter an das Stromnetz angeschlossen. Bei Inselsystemen ist kein Netzanschluß vorhanden, man braucht Energiespeicher, in der Regel Batterien.

Solarkraftwerke können Leistungen vom kW - Bereich bis zu vielen MW erreichen. Dabei verschaltet man Solargeneratoren miteinander zu größeren Einheiten.

 

 

Es gibt verschiedene Materialien, aus denen man Solarzellen herstellen kann. Die herkömmlichen sind mono- und polykristallines Silizium mit Modulwirkungsgraden um 13 bzw. 10%  sowie amorphes Silizium mit Wirkungsgraden um 5%. Das amorphe Silizium hat allerdings den Vorteil, daß es material- und energiesparend in sehr dünnen Schichten abgeschieden werden kann.

In der letzten Zeit haben sich zwei weitere Dünnschichttechniken an die Grenze zur Markteinführung begeben: Das Kupfer-Indium-Diselenid (CIS), an dem ich mitarbeite, sowie das Cadmiumtellurid (CdTe). Beide Materialien kommen im Labor auf sehr hohe Wirkungsgrade (18% im Falle des CIS), und auch auf großen Flächen lassen sich Wirkungsgrade von deutlich mehr als 10% realisieren.

 

 

 

monokristalline Silizium-Solarzelle

 

polykristalline Silizium-Solarzelle, Makroaufnahme

Man sieht die einzelnen Kristalle

 

Solarkraftwerk in Pellworm

Photovoltaische Kraftwerke benötigen zwischen 5 und 8 Jahre, um die für den Bau aufgewandte Energie zurückzuliefern. Dem entspricht bei einer kalkulierten Lebensdauer von mindestens 20 Jahren ein Erntefaktor von ca. 3, das heißt, die Anlage liefert dreimal soviel Energie, wie in sie hineingesteckt wurde. Auch hier werden durch die Dünnschichttechnologie deutliche Fortschritte erwartet. Zum Vergleich liegen die Energierücklaufzeiten bei fossilen, nuklearen, Wasser- und Windkraftwerken zwischen einigen Monaten und einem Jahr.

 

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