Photovoltaik

Aus Licht wird Strom

Die Sonne ist eine fast unerschöpfliche und kostenlose Energiequelle. Sie liefert uns binnen zwanzig Minuten die gleiche Menge an Energie, die von der gesamten Erdbevölkerung pro Jahr verbraucht wird. Photovoltaik wandelt Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um – lautlos und frei von Abgas-, Lärm- oder Geruchsemis-sionen. Dem Solarstrom auf der SpurEntdeckt und erforscht wurde der photoelektrische Effekt bereits vor 170 Jahren von Alexandre Edmond Bec-querel. 1883 baute der New Yorker Charles Fritts die ersten Photovoltaik-Platten aus Selenzellen. Sie be-schränkten sich auf einen Wirkungsgrad von 2 % und waren sehr aufwändig in der Herstellung. Die Erfindung löste aber großes Forscher-Interesse aus. 1905 stellte Albert Einstein die These auf, Licht sei nicht nur als wel-lenförmige Strahlung zu sehen, sondern als Fluss win-ziger Energiepakete. Für die „Lichtquantenhypothese“ erhielt Einstein 1921 den Nobelpreis. Wenige Jahre spä-ter wurde der Begriff „Photon“ zur Beschreibung dieser Lichtteilchen eingeführt.Im Jahr 1954 präsentierten schließlich Gerald Pearson, Calvin Fuller und Daryl Chaplin die erste Silizium-Solarzelle. Damit war der Grundstein für eine neuartige und nachhaltige Energieversorgung gelegt. Die weitere Entwicklung folgte rasant: Bereits vier Jahre später versorgten 108 Siliziumzellen den US-amerikanischen Sa-telliten „Vanguard I“ mit Elektrizität. Die Entwicklung der Photovoltaik als Strom-quelle auf der Erde wurde mit der Installation der ersten netzgekoppelten Anlage im Jahr 1978 eingeleitet. Weltweiter BoomDie Herstellung von Photovoltaikmodulen verlief bis zum Ende des vorigen Jahr-tausends kontinuierlich steigend. 1995 lag die Jahresmenge bei knapp 100 Mega-Watt-peak (MWp) an installierter Leistung. Seither wächst der Photovoltaik-Weltmarkt um durchschnittlich mehr als 30 % pro Jahr. Seit 2003 findet eine regelrechte Explosion des Weltmarktes statt. Im Jahr 2010 beträgt die globale Jahres-Produktionsleistung bereits über 15.000 MWp. Die zurzeit jährlich auf dem Weltmarkt verkaufte Menge von Photovoltaik-Modulen erzeugt so viel Strom wie ein durchschnittliches Atomkraftwerk.

Eine Photovoltaik-Anlage wandelt das einfallendeSonnenlicht direkt in elektrischen Strom um. Diese hochwertige Energieform kann beliebig umgewan-delt werden: in mechanische Arbeit, Elektromobi-lität, Motoren, in Wärme oder wieder in Licht.Eine Solarzelle besteht aus Halbleitern, die auch in zahlreichen modernen Alltagsgeräten zum Ein-satz kommen – wie Computern, Digitalkameras oder Handys. Eine Photovoltaik-Zelle besteht aus Silizium. Die Oberflächen werden in einem aufwändigen Verfahren behandelt. Siliziumnitrid sorgt dafür, dass möglichst viel Sonnenlicht ab-sorbiert wird und verleiht dem grauen Silizium den charakteristischen, dunkelblauen Schimmer. Für den photovoltaischen Effekt ist nur eine Dicke von wenigen tausendstel Mil-limeter erforderlich: Wenn ein Lichtteilchen (Photon) auf die Zelle trifft, wird ein Elektron aus dem Atomgitter des Siliziums geschlagen und wandert an die Ober-fläche. Sammeln sich viele Elektronen an der Oberfläche der Zelle, entsteht ein Ladungsunterschied im Vergleich zur Rückseite. Das ergibt elektrische Spannung, die abgegriffen werden kann. Ein Kontakt zur Oberseite nimmt die Elektronen auf – Strom fließt. Die Spannung, die an einer einzelnen Zelle bei voller Sonneneinstrahlung ent-steht, beträgt rund 0,5 Volt. Wenn nun viele kleine Zellen in einem PV-Modul miteinander verbunden werden, ergibt das bei Standard-Modulen eine Spannung von rund 45 Volt und eine Leistung von beispielsweise 200 Watt. Die Zellen in einem PV-Modul werden üblicherweise durch Spezialglas geschützt und luftdicht in Schutzfolien verschweißt. Die Module können zu beliebig großen Anlagen zusammengeschlossen werden. Als Faustregel gilt: Eine Anlage mit 4 kW Leistung braucht heute 30 bis 35 m2 Fläche und liefert in Österreich in einem Jahr etwa 4.000 kWh Sonnenstrom – also jene Menge an Strom, die ein durchschnitt-licher Haushalt pro Jahr benötigt. 

Quelle: Photovoltaic Austria