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Elektrizität aus der Sonne
Jeder von uns hat sie schon einmal gesehen oder besitzt sie selbst: Solar betriebene Taschenrechner, Armbanduhren oder Radios. Winzige Solarzellen versorgen diese Geräte mit Strom, wobei nicht einmal die Sonne als Energiequelle benötigt wird: Eine gewöhnliche Deckenlampe reicht aus, um den geringen Strombedarf solcher Geräte zu decken. Diese eher spielerische Anwendung der direkten Stromerzeugung durch Licht zeigt schon sehr deutlich das umweltschonende Potenzial dieser Technik. Aber ob im kleinen oder im großen, industriellen Stil; eines haben alle diese Anwendungen der direkten Umsetzung von Licht in Elektrizität gemeinsam: Sie nutzen eine der umweltschonendsten Formen der Energiegewinnung, den photovoltaischen Effekt.
Ursprung der Photovoltaischen Stromproduktion
Schon vor mehr als 160 Jahren haben Wissenschaftler entdeckt, dass bestimmte Materialien, so genannte Halbleiter, unter gewissen Umständen in der Lage sind, Strom zu leiten. Bereits Ende des 19ten Jahrhunderts wurden die ersten Bauteile entwickelt, die Licht in Elektrizität umwandelten; die Energieausbeute war dabei allerdings noch zu gering, um diese Zellen in einem größeren Umfang zur Stromgewinnung einzusetzen. Erst im Zuge der Vorbereitung der ersten Weltraumflüge ab ca. 1950 wurden verstärkt Forschungen durchgeführt, wobei im Vordergrund die Suche nach neuen, geeigneten Materialien für die Photovoltaikzellen stand. Schon sehr bald zeigte sich, dass das Element Silizium die besten Eigenschaften aufwies. Es eignet sich hervorragend zur Herstellung von Halbleitern und es ist als das zweithäufigste chemische Element der Erde in großen Mengen verfügbar.
Silizium findet sich auf der Erde im Allgemeinen in Form von Sand. Dieser enthält aber neben Silizium noch viele andere Stoffe in unterschiedlichem Mischungsverhältnis. Zur Herstellung von Solarzellen wird das Element jedoch in möglichst reiner Form benötigt, um einen größtmöglichen Wirkungsgrad der Zelle zu gewährleisten.
Technologische Nutzung
- Prinzip der photovoltaischen Stromproduktion
Um Elektrizität aus Siliziumzellen erzeugen zu können, muss ähnlich wie bei einer Batterie ein Strom vom positiven zum negativen Pol fließen. Aus diesem Grund besteht eine Photovoltaikzelle aus zwei Schichten, einer positiv und einer negativ "dotierten" Lage. Dotiert werden die einzelnen Schichten, indem dem Silizium bestimmte chemische Elemente beigemischt werden. Fällt Licht auf diese Zelle, entsteht eine Spannung zwischen den beiden Schichten, die an den Polen abgegriffen werden kann. Eine einzelne Zelle erzeugt allerdings nur wenig Strom; daher werden viele Photovoltaik-Zellen in einem Modul zusammengeschaltet. Mehrere Solarmodule bilden einen PV-Generator.
Auf diese Weise wird eine genügend hohe Spannung und Stromstärke bereit gestellt, um auch ganze Haushalte mit Elektrizität versorgen zu können. Bevor der Strom aus Sonnenlicht allerdings eingespeist werden kann, muss er noch "aufbereitet" werden. Die Photovoltaik-Zellen liefern Gleichstrom, der über einen so genannten Wechselrichter in den üblichen 50Hz-Wechselstrom umgewandelt werden muss. Bei Insel-Anlagen wird der solar erzeugte Strom in Batterien gespeichert. So ist auch nachts oder bei geringer Sonneneinstrahlung eine geregelte Stromversorgung garantiert.
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