Begriff Photovoltaik

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Unter Photovoltaik (oder Fotovoltaik) versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Seit 1958 ist sie zur Energieversorgung der meisten Raumflugkörper im Einsatz. Zwischenzeitlich erfolgt die Stromerzeugung mittels Photovoltaik auf Dachflächen oder Freiflächen zur Einspeisung in das öffentliche Stromnetz oder als Insellösung bei entfernt vom Stromnetz liegenden Verbrauchern (z.B. Hütten in den Alpen oder entlegene Gaststätten) oder bei z.B. Parkscheinautomaten oder Taschenrechnern.

 

 

Der sog. äußere photoelektrische Effekt – demzufolge aus einer Metalloberfläche bei Bestrahlung mit Licht Elektronen herausgeschlagen werden - wurde vom französischen Physiker Alexandre Edmont Becquerel bereits im Jahr 1839 entdeckt. 1876 erfolgte der Nachweis dieses Effektes in einem Selenkristall. 1921 erhielt Albert Einstein den Nobelpreis für Physik für die richtige Erklärung des äußeren Photoeffektes.

                     

Der innere Photoeffekt beschreibt die Erhöhung der Leitfähigkeit eines Halbleiters bei Bestrahlung mit Licht. Allerdings muss die Energie des Lichts größer sein als die sog. „Bandlücke“ des Halbleiters. Fügt man dem so bestrahlten Halbleiter noch einen p-n Übergang hinzu, wird es möglich das einfallende Licht zur Ladungstrennung zu verwenden und so in elektrische Energie umzuwandeln. Dies ist die prinzipielle Funktionsweise einer Solarzelle.

Hierbei ist die erzeugte Spannung charakteristisch für das verwendete Material (für Si-Zellen beträgt diese ca. 0,5V) und ist nur wenig abhängig von der „Menge“ des Einfallenden Lichts. Diese beeinflusst jedoch ganz entscheidend die Stromstärke, die von der Zelle erzeugt wird. Die Stromstärke steigt nahezu linear mit dem Lichtstrom an.

Nachdem die Photovoltaik in den 1950er Jahren vor allem in der Raumfahrt Verwendung fand, ergab sich ab 1990 durch das 1.000 Dächer Programm eine erste kommerzielle Nutzung. Das nachfolgende 100.000 Dächer Programm von 1999 beschleunigte die Weiterentwicklung dieser Technologie und mündete im Jahr 2000 im ersten Erneuerbare-Energien-Gesetz.

Die heutzutage verwendeten Solarmodule sind den früheren Produkten deutlich überlegen: Die Effizienz ist erheblich höher, der Preis deutlich niedriger. Auch der „Erntefaktor“ – also das Verhältnis erzeugter Energie zur Energie die zur Herstellung des Moduls erforderlich war, hat sich erheblich verbessert und liegt heute bei einer angenommenen 20jährigen Nutzung des Moduls schon bei ca. 18 bis über 20. Und die Entwicklung geht stetig weiter und sowohl bei Dünnschicht- als auch bei kristallinen Modulen steigt auch weiterhin die Effizienz. Außerdem zeichnen sich mittel- und langfristig neue Technologien ab, wie Konzentratorzellen oder auch organische Solarzellen, die noch für einige positive Überraschungen im Laufe der nächsten Jahre sorgen dürften.

Am Ende noch etwas zum Nachdenken: Die auf die Erdatmosphäre auftreffende Sonnenenergie entspricht etwa den 15.000-fachen des im Jahr 2006 von der Menschheit verbrauchten gesamten Primärenergiebedarfs. Damit erzeugt die Sonne in einer Stunde so viel Energie, wie die Menschheit im gesamten Jahr verbraucht. 

 

Weitere Informationen auch unter Wikipedia.