Sonnenstrom

 

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Was ist Photovoltaik?

Solarzellen wandeln Sonnenstrahlung in elektrische Energie um – ohne Abfall, ohne Lärm und ohne Abgase. Die Technik heisst Photovoltaik. Sie gilt als wichtiger Bestandteil der zukünftigen Energieversorgung.

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Solarzellen bestehen aus Halbleitern, wie sie bei der Herstellung von Computer-Chips verwendet werden. Diese Halbleiter erzeugen unter Licht Elektrizität. Der Strom wird durch metallische Kontakte gesammelt. Der erzeugte Gleichstrom kann mit Hilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt und so direkt ins öffentliche Elektrizitätsnetz eingespeist werden. Als Halbleiter wird in der Regel Silizium verwendet, das nach Sauerstoff zweithäufigste Element der Erdkruste

Unterschiedliche Zelltypen

Je nach Kristallart unterscheidet man drei Zelltypen: monokristallin, polykristallin und amorph.
Zur Herstellung von monokristallinen Siliziumzellen benötigt man hochreines Halbleitermaterial. Aus einer Siliziumschmelze werden einkristalline Stäbe gezogen und anschliessend in dünne Scheiben gesägt. Dieses Herstellungsverfahren garantiert relativ hohe Wirkungsgrade.

Kostengünstiger ist die Herstellung von polykristallinen Zellen. Dabei wird flüssiges Silizium in Blöcke gegossen, die anschliessend in Scheiben gesägt werden. Bei der Erstarrung des Materials bilden sich unterschiedlich grosse Kristallstrukturen aus, an deren Grenzen Defekte auftreten. Diese Kristalldefekte haben einen geringeren Wirkungsgrad der Solarzelle zur Folge.
Wird auf Glas oder anderes Substratmaterial eine Siliziumschicht abgeschieden, spricht man von amorphen- oder Dünnschichtzellen. Die Schichtdicken betragen weniger als 1 µm (Dicke eines menschlichen Haares: 50-100 µm), so dass die Produktionskosten allein wegen der geringeren Materialkosten niedriger sind. Die Wirkungsgrade amorpher Zellen liegen allerdings noch weit unter denen der anderen beiden Zelltypen. Anwendung finden sie vor allem im Kleinleistungsbereich (Uhren, Taschenrechner) oder als Fassadenelemente.

 

 Material

 Wirkungsgrad in %
 Labor

 Wirkungsgrad in %
 Produktion

 Monokristallines Silizium

 etwa 24

 14 bis 17

 Polykristallines Silizium

 etwa 18

 13 bis 15

 Amorphes Silizium

 etwa 13

 5 bis 7

Neben Silizium kommen bei Dünnschichtzellen weitere Materialien zum Einsatz. Dazu gehören Cadmiumtellurid und Kupfer-Indium Diselenid, die bereits in der serienmässigen Herstellung von Solarzellen eingesetzt werden.

Solarmodule

Mehrere Solarzellen lassen sich in Serie zusammenschliessen. Diese Solarmodule – auch Solarpanels genannt – werden, geschützt vor Umwelteinflüssen in einer Verpackung aus Glas und Kunststoff, als Bauteile für Solaranlagen eingesetzt.
Solarstromanlagen werden entweder mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden (Netzverbund-Anlagen), oder sie ersetzen das öffentliche Netz (Insel-Anlagen).

Netzverbund

Bei Bauten, die an die öffentliche Stromversorgung angeschlossen sind, werden Solarstromanlagen in der Regel im Netzverbund betrieben.

  • Es ist nur ein Stromnetz im Gebäude nötig. Es können die normalen Wechselstrom-Geräte eingesetzt werden.
  • Überschüsse von Solarstrom können ins Netz eingespeist und dadurch andernorts genutzt werden. Der Elektrizitätsversorger muss den Strom zu mindestens 15 Rp./kWh abkaufen.
  • Die Stromversorgung ist jederzeit sichergestellt.

Inselanlage

Die Stromversorgung von netzfernen Objekten wie Berghütten, Ferienhäusern, Notrufsäulen und Parkscheinautomaten erfolgt durch autonome Solaranlagen mit Elektrizitätsspeichern (Batterien).

  • Kostengünstige Alternative zur Erschliessung abgelegener Verbraucher mit Netzstrom.
  • Der Betrieb basiert in der Regel auf Gleichstrom mit Spannung von 12 oder 24 Volt.
  • Es müssen meist spezielle Geräte und Leuchten verwendet werden.