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    Photovoltaik

    Der photoelektrische Effekt wurde bereits im Jahre 1839 entdeckt. 1905 gelang es dann Albert Einstein, den Photoeffekt richtig zu erklären.

    Die erste technische Anwendung wurde Ende der 1950er Jahre in der Satellitentechnik gefunden. Der „Vanguard 1“- Satellit startete als 1958 in die Erdumlaufbahn und war der erste mit Solarzellen. In den 1960er und 1970er Jahren gab es in erster Linie durch die Nachfrage aus der Raumfahrt entscheidende Fortschritte in der Entwicklung von Photovoltaikzellen.

     

     

    Ausgelöst durch die Energiekrisen in den 1970er Jahren und das gestiegene Umweltbewusstsein wurde verstärkt versucht, diese Energietechnik durch technische Fortschritte auch wirtschaftlich interessant zu machen.


    Die als Licht und Wärme auf die Erde auftreffende Menge an Energie beträgt jährlich 1,5 × 1018 kWh; dies entspricht in etwa dem 10.000-fachen des gesamten Primärenergieverbrauchs der Menschheit im Jahre 2010! Diese Strahlungsenergie kann prinzipiell aufgefangen und teilweise in Elektrizität umgewandelt werden, ohne dass Abgase (z.B. Kohlendioxid) entstehen. Die Energiewandlung findet mit Hilfe von Solarzellen, die zu Solarmodulen verbunden werden, statt. Die erzeugte Elektrizität kann entweder vor Ort genutzt, in Akkumulatoren gespeichert oder in Stromnetze eingespeist werden.

     

     

    Bei Einspeisung der Energie in das öffentliche Stromnetz wird die von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung von einem Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt.

    Die Energiewandlung ist wegen der Herstellungskosten der Solarmodule im Vergleich zu herkömmlichen Kraftwerken deutlich teurer, wobei allerdings große Teile der Folgekosten der konventionellen Energieerzeugung nicht in die heutigen Energiepreise eingehen. Das stark schwankende Strahlungsangebot erschwert den Einsatz der Photovoltaik. Beispielsweise kann eine fest installierte Solaranlage in Deutschland im Juli einen gegenüber dem Dezember bis zu fünfmal höheren Ertrag bringen.

     

    Die Förderprogramme haben zu einem Boom bei der Errichtung von Photovoltaik-anlagen geführt. So wurde Ende 2012 in der EU die Schwelle von 60.000 MW installierter elektrischer Nennleistung von PV-Anlagen überschritten, das entspricht eine Steigerung um das 30-fache gegenüber 2005.

     

    Wirkungsgrad

    Die Wirkungsgrade marktüblicher Solarmodule liegen zwischen 5 Prozent (Dünnschichtmodule auf Siliziumbasis) und 24 Prozent (monokristalline Module) - bis hin zu über 40 Prozent bei Konzentratorzellen. Der Systemwirkungsgrad liegt durch Verluste (Verschattungen, hohe Temperaturen, Verluste bei der Umwandlung in Wechselstrom) im Jahresverlauf bei 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 und somit nicht unumstritten. Jedoch sind auch die aufzuwendende Kosten für die Primärenergie, sowie die Übertragungs- und Umwandlungsverluste und mögliche Folgen für die Umwelt zu berücksichtigen. Die Sonneneinstrahlung steht hier als Primärenergieträger kostenlos zur Verfügung. Gerade die preiswerteren, polykristallinen Module können z.B. auf Industrie-Flachdächern einfach mit integrierten Dachsystemen verlegt werden.

     

    Bei einem Einsatz in unseren Breiten wird die Energie, die zur Herstellung einer Photovoltaikanlage benötigt wird, in ein bis vier Jahren wieder hergestellt. Die Lebensdauer wird auf 30 bis 40 Jahre geschätzt.

     

    Somit erscheint diese Technologie als sehr zukunftsträchtig und vor allem bei Einsatz von elektrischer Energie in der Mobilität und Reduktion des CO2-Ausstoßes mehr als notwendig.

     
     
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