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Solarstrom und Photovoltaik

Mit Strom aus Kohle, Gas und auch Uran ist es in absehbarer Zeit vorbei, die Reserven erschöpfen sich. Da liegt es nahe, die Kraft der Sonne, die jeden Tag zuverlässig auf die Erde trifft, als Energiequelle zu nutzen.
Tagtäglich strahlt unsere Sonne eine gigantische Energiemenge auf die Erde ab. Bereits mit einem Bruchteil dieser Energie liese sich die gesamte Menschheit mit Strom versorgen.

Photovoltaik ermöglicht die Umwandlung dieses Sonnenlichts in elektrische Energie. Die Energieumwandlung findet mit Hilfe von einzelnen Solarzellen statt, die zu so genannten Solarmodulen oder Solarpanels verbunden werden.

Wie wandelt eine Solarzelle Sonnenlicht in Strom um?

Solarzellen werden aus verschiedenen Halbleitermaterialien hergestellt. Halbleiter sind Materialien, die unter Zufuhr von Licht oder Wärme elektrisch leitfähig werden, während sie bei tiefen Temperaturen nicht leitfähig sind.
Die mit Abstand am meisten auf der Welt produzierten Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium. Silizium bietet den großen Vorteil, dass es das auf der Erde am zweithäufigsten vorhandene Element ist und damit ausreichend Reserven vorhanden sind. Desweiteren ist seine Verarbeitung relativ umweltschonend möglich.

Zur Herstellung einer Solarzelle wird das Halbleitermaterial speziell behandelt, man nennt diesen Vorgang "Dotierung". Darunter versteht man eine gezielte "Verunreinigung" des Halbleitermatierals mit bestimmten chemischen Elementen. Eine Solarzelle besteht nun aus 2 unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten, eine weist einen positiven Ladungsträgerüberschuß auf, die andere einen negativen Ladungsträgerüberschuß. Am Übergang zwischen diesen beiden Schichten baut sich ein elektrisches Feld auf, das zu einer Ladungstrennung der bei Lichteinfall freigesetzten Ladungsträger führt. Über angeschlossene Kontakt kann eine elektrische Spannung abgegriffen werden. Wird der äußere Kreis geschlossen, d.h. ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, fließt Strom.

Solarenergie im Energiemix

Ein Nachteil der Technik ist natürlich, dass Energie nur zur Verfügung steht, wenn auch die Sonne scheint, d.h. insbesondere nachts, wenn durch Beleuchtung ein erhöhter Energiebedarf besteht, steht keine direkte Stromerzeugung zur Verfügung. Die Strahlungsenergie schwankt ebenfalls vorhersehbar jahreszeitlich bedingt, sowie täglich abhängig von der Wetterlage. D.h. eine reine Stromversorgung durch Sonnenlicht ist nur dann sinvoll möglich, wenn geeignete Energiespeicher vorhanden sind. In kleineren Anlagen geschieht dies in Akkumulatoren, im großen kann dies z.B. auch durch Pumpspeicher-Wasserkraftwerke erfolgen. Für die Zukunft denkbar ist auch eine Umwandlung der Energie in Wasserstoff und spätere Rückgewinnung durch den Einsatz von Brennstoffzellen.

Solarenergie ist aber auf jeden Fall aufgrund der völligen Emissionsfreiheit und der generellen Zuverlässigkeit der Sonne als Energiespender ein wichtiger Bestandteil in einem umweltfreundlichen Energiemix.

Interessante Projekte und Ideen

Standort: Acker

Standort: Parkplatz

Nicht nur die Internetfirma Google hat Ihren Parkplatz als Standort für großflächige Solarmodule entdeckt. Eigentlich einleuchtend: Parkplätze sind große Flächen, die weitesgehend in die Höhe betrachtet ungenutzt sind. Angenehmer Nebeneffekt: die Autos sind vor Sonne und Regen unter den Panels geschützt.
Ein weiterer interessanter Ansatz: Hybrid-Autos können direkt mit den Panels gekoppelt werden und bei einem Überangebot an Energie aufgeladen werden. So vergrößert sich die Reichweite der Autos. Im Gegenzug kann auch in den Hybrid-Autos geladene Energie verwendet werden, wenn in Spitzenzeiten Strom benötigt wird, die ans Netz angeschlossenen Hybrid-Autos dienen als Spitzen-Lastpuffer. Und dieser Rückfluß an Strom wird sogar noch vergütet.

Standort: Schallschutzwand

An mehreren Schallschutzwänden an Autobahnen, Bundesstraßen und Bahnstrecken wurden bereits Solar-Projekte installiert. So hat die Schallschutzwand plötzlich einen doppelten Nutzen!

Standort: Wüste

Eigentlich liegt der Gedanke nahe: Wüstengebiete dieser Welt haben sehr viel Sonne und sehr viel Platz, der eigentlich nicht sinnvoll genutzt werden kann: es bietet sich an, hier Solaranlagen im großen Stil zu errichten.

Frage: wieviel Energie benötigt die Herstellung einer Solarzelle?

Natürlich wird auch zur Herstellung einer Solarzelle Energie benötigt. Kritiker behaupten daher manchmal, dass Solarenergie gar nicht umweltfreundlich ist. Dies stimmt aber nicht! Die zur Herstellung einer Solarzelle benötigte Energie ist nur ein Bruchteil dessen, was eine Solarzelle in Ihrer Lebenszeit an Energie produziert.

Das genaue Verhältnis hängt natürlich von Dingen wie dem Standort ab (bei einer Solarzelle an einem sonnigen Wüstenstandort ist das Verhältnis sicher nochmals besser, als wenn eine Solaranlage in einem eher schattigen Alpental steht). Aber immer ist das Ergebnis positiv: das heißt eine Solarzelle produziert viel viel mehr Energie als zu ihrer Herstellung benötigt wird.

Hinzu kommt folgende Überlegung: der Anteil an Ökostrom nimmt weltweit immer mehr zu. D.h. auch die Energie, die für die Herstellung einer Solarzelle verbraucht wird, ist anteilig immer mehr nachhaltiger Ökostrom (wie hoch der Anteil ist, hängt natürlich wiederum vom Standort ab - in manchen Ländern und Regionen mehr, in anderen leider noch weniger). Aber generell geht die Tendenz klar zu umweltfreundlichem Strom und damit wird logischerweise auch die Herstellung von Solarzellen immer umweltfreundlicher (zumindest, was den reinen Energiebedarf betrifft)

Praxiswissen

  • Aufbau einer eigenen Solaranlage
  • Standortfragen
  • Versicherungen für Solaranlagen
  • Finanzierung für Solaranlagen
  • Recycling von Solarmodulen
  • Brandschutzfragen bei Solaranlagen
 

Solarstrom einfach selbst gemacht

Solarzelle in die Steckdose einstecken - fertig! Das Konzept der Plugin-Photovoltaik-Anlagen macht den Einstieg in die Erzeugung von Solarstrom für Jedermann schnell, einfach und günstig möglich.
 

Solarstrom als demokratische Energiequelle

 

Projekte

Links: Forschung und Entwicklung

Links: Hintergrundwissen

Links

Visionen

Solarzellen statt Asphalt auf Straßen

Statt Asphalt könnten die Straßen der USA eines Tages mit Solarzellen bedeckt sein. Die Möglichkeit, auf diese Weise Strom zu erzeugen, prüft jedenfalls seit Herbst 2009 die US-Firma Solar Roadways aus dem US-Bundesstaat Idaho mit staatlicher Unterstützung. Sämtliche Straße des Landes sollen in deren Vision mit drei mal drei Meter großen Solarzellen gepflastert werden. In wie weit dieser Gedanke ernst zu nehmen ist und überhaupt realisierbar ist, hierzu konnte im Moment keine verlässliche Information gefunden werden - die Firma besteht hauptsächlich aus einem tüftelnden Ehepaar - der Gedanke an sich ist aber natürlich reizvoll. Auch interessant: die Idee in die Solarzellen via LEDs direkte Anzeigen zu integrieren. So könnte die Straße selbst vor Unfällen oder Geisterfahrer warnen. Schade, dass die Firma in patriotischer Manier auch direkt noch ein paar "nette" militärische Nutzungsmöglichkeiten für die Solarenergie mitbewirbt.

Lesenswertes....

Direkte Erzeugung von Wasserstoff aus Solar-Energie

 

Forschung

 

Zu berücksichtigen: ein Recycling-System für alte Solarzellen muss aufgebaut werden

Solarzellen haben eine Lebensdauer von ca. 20-30 Jahren - danach müssen sie ausgetauscht werden. Wichtig ist also, dass schon beim Design eines Solarpanels die Recyclingmöglichkeit berücksichtigt wird und entsprechende Einrichtungen geschaffen werden, die die wertvollen Rohstoffe aus den Solarzellen wiederverwerten können.

Zu berücksichtigen: umweltschädliche Produktionsmethoden müssen verboten werden

Vulkan Haleakala (Hawaii)
Welt-Guck-Loch   :::   Vulkan Haleakala (Hawaii)
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