WISSENSDATENBANK - Photovaltaik






 

 

 

 












 

 

 

 












 

 

 

 

 

 






 

Photovaltaik und seine Chancen

Gehen wir der Einfachheit halber zur Erklärung von einer reinen Silizium-Solarzelle aus. Wie so mancher vielleicht aus der Schule noch weiß besitzt Silizium in seiner äußeren Elektronenhülle vier Elektronen um seinen Atomkern, die sogenannten Valenzelektronen.

Die Photone, also das Sonnenlicht, drigend in die Solarzellen ein und reichern die Valenzelektronen mit Energie an. Das Elektron löst sich schließlich vom Silizium-Atom und hinterläßt ein positiv geladenes Atom. Damit die freien Elektronen in eine Richtung fließen und somit Strom entstehen kann, muß die Vorder- und die Rückseite der Zelle unterschiedlich gepolt werden.

Die Silizium-Atome an der Vorderseite werden mit einer geringfügigen Menge an Phosphor-Atomen, welche ein zusätzliches Valenzelektron besitzen, versetzt (dotiert). An der Zellen-Rückseite hingegen werden zusätzlich zu den Silizium-Atomen Bor-Atome, mit nur drei Valenzelektronen, aufgetragen. Das so entstandene Ungleichgewicht zwischen Plus- und Minuspol lässt die Elektronen fließen - es entsteht Strom. Viele dieser so entstandenen Solarzellen zusammengeschlossen und hinter Glas gepackt ergeben ein Solar-Modul.

Kurz gesagt:

Mit Photovoltaik beschreibt man die Technik der direkten Umwandlung eigestrahlter Lichtenergie in elektrische Energie. Umgangsprachlich wird also mit Photovoltaik die Erzeugung von elektrischer Energie aus dem Sonnenlicht bezeichnet.


Wirkungsgrad

Die mit Solarzellen in der Photovoltaik erzielten Wirkungsgrade reichen von wenigen Prozent (beispielsweise etwa 6 Prozent für Cadmium-Tellurid-Solarmodule) bis hin zu über 35 Prozent (Konzentrator-Mehrschicht-Laborexemplar). Die Wirkungsgrade marktüblicher Solarmodule liegen zwischen 6 Prozent (Dünnschichtmodule) und 17,7 Prozent (monokristalline Module). Der US-amerikanische Hersteller SunPower hat für das Jahr 2007 monokristalline Module mit einem Wirkungsgrad von 20 Prozent angekündigt.

Der Systemwirkungsgrad im Jahresverlauf ergibt sich dann aus der Multiplikation mit der Performance Ratio (PR). In diese fließen die Verluste des Wechselrichters ebenso mit ein wie Abschattungen und Verluste durch hohe Temperaturen. Die PR liegt im Bereich von 0,7 bis 0,85.

Obwohl die insgesamt zur Verfügung stehende Sonneneinstrahlung immens hoch erscheint, ist die Photovoltaik aufgrund des bisher niedrigen Wirkungsgrades sehr flächenintensiv. So erzeugt eine Windkraftanlage mit 5 MW Leistung etwa genauso viel Energie wie eine 500 m × 500 m (25 ha) große Solarstromanlage. Trotzdem ist auch heute schon die Leistungsdichte der Photovoltaik besser, da Windkraftanlagen dieser Größe in mehr als 500 Meter Abstand voneinander aufgestellt werden müssen.

Von Kritikern der Solarstromtechnologie wird der im Vergleich mit einer konventionellen Umwandlung fossiler Energieträger vergleichsweise geringe Wirkungsgrad als Argument gegen die generelle Tauglichkeit der Photovoltaik angeführt. Da die Betrachtung des Energie-Wirkungsgrades eines Systemes eigentlich im Bezug zu den aufzuwendenen Kosten für die Primärenergie und mit dem Ziel eines möglichst sparsamen Energieverbrauches üblich ist, scheint aus Sicht der Photovoltaik diese isolierte Betrachtung ungeeignet zur Bewertung der Technologie.

Entscheidend ist, dass, anders als bei klassischer Energieerzeugung, der Primärenergieträger "Sonne" kostenlos zur Verfügung steht und ein geringer Wirkungsgrad außer im Flächenverbrauch keine Auswirkung auf die Umweltbelastung und keine höheren Kosten verursacht. Gerade die preiswerteren, polykristallinen Module mit vergleichsweise geringem Wirkungsgrad können z.B. auf Industrie-Flachdächern ohne Landschaftsverbrauch vergleichsweise einfach mit integrierten Dachabdeckungssystemen verlegt werden, so dass, anders als bei aufgeständerten Anlagen mit hochwertigen monokristallinen Systemen, kein Landschaftsverbrauch anfällt.

Auch ist der Energieaufwand zur Herstellung hochwertiger Photovoltaikmodule höher und die Gesamt-Energiebilanz schlechter als bei Dünnschichttechnologien mit geringerem Wirkungsgrad.