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| Strom aus der Sonne | ||||||
| Photovoltaik als Königsdisziplin unter der erneuerbaren Energien | ||||||
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Ganz anders stellt sich die Situation dar, wenn die Sonnenenergie dort zum Einsatz kommt, wo eine reguläre Stromversorgung über öffentliche Netze zu teuer, technisch schwierig oder gar unmöglich ist. In vielen Regionen unserer Erde leben Menschen weitab der großen Städte und sind damit nur unter großem technischen und finanziellen Aufwand an die öffentliche Stromversorgung anzubinden. Dies gilt nicht nur für die Länder der sogenannten "Dritten Welt", auch in Europa haben Millionen von Menschen keinen Zugang zur öffentlichen Stromversorgung, weil sie beispielsweise in unzugänglichen Bergregionen oder sehr dünn besiedelten Landesteilen leben. Hier erfüllt die Solarenergie einen wichtigen Beitrag zur Hebung des allgemeinen Lebensstandards.
Vollkommen unverzichtbar wird die Stromerzeugung durch Sonnenlicht, wenn wir unseren Planeten verlassen und in Richtung Weltraum blicken. Mittlerweile umkreisen Hunderte von Satelliten die Erde, ohne deren Hilfe das moderne Leben nicht möglich wäre; Telefongespräche, Fernsehen, Rundfunk, Wettervorhersagen und weltweiter Datenverkehr sind heutzutage ohne den Einsatz der künstlichen Himmelskörper nicht mehr denkbar. Der zum Betrieb der Satelliten benötigte Strom wird ausschließlich aus Sonnenlicht gewonnen, das durch große, mit Photovoltaikzellen bestückte Sonnensegel eingefangen wird.
Ob im kleinen, spielerischen 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. Schon vor ca. 150 Jahren haben Wissenschaftler entdeckt, dass bestimmte Materialien, sogenannte Halbleiter, unter gewissen Umständen, zum Beispiel durch Einwirkung von Licht, 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 diese Forschungen verstärkt 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. Der Wirkungsgrad gibt dabei an, wie viel des eingestrahlten Sonnenlichts in elektrische Energie umgewandelt wird. Bei den modernen Photozellen sind dies maximal 20 Prozent. Neueste Forschungen lassen jedoch für die Zukunft sehr viel optimalere Werte erwarten.
Um Elektrizität aus Siliziumzellen erzeugen zu können, muss man sich eines Tricks bedienen. Ähnlich wie bei einer Batterie muss 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 über Kabel zum Verbraucher geführt wird. Eine einzelne Photovoltaikzelle erzeugt allerdings nur sehr wenig Strom; daher werden viele Zellen in einem Solarmodul zusammengeschaltet und diese wiederum in geeigneter Form kombiniert. Auf diese Weise wird eine genügend hohe Spannung und Stromstärke bereitgestellt, um auch stärkere Verbraucher, z.B. ganze Haushalte mit Elektrizität versorgen zu können. Bevor der Strom aus Sonnenlicht allerdings in die Haussteckdose eingespeist werden kann, muss er noch "aufbereitet" werden. Die Photovoltaikzellen liefern Gleichstrom, der über einen sogenannten Wechselrichter in den haushaltsüblichen 50Hz-Wechselstrom umgewandelt werden muss. Ferner müssen Speichermedien (Batterien) zwischengeschaltet werden, um auch nachts oder bei zu geringer Sonneneinstrahlung eine geregelte Stromversorgung garantieren zu können.
Seit etlichen Jahren werden Photovoltaik-Anlagen nicht mehr nur als Inselsysteme, d.h. netzunabhängige Kraftwerke, sondern sehr viel häufiger als netzgekoppelte Anlagen konzipiert. Diese Anlagen werden von Hausbesitzern, Verwaltungsgesellschaften oder Institutionen betrieben, die den Strom, den sie selbst nicht benötigen, in das öffentliche Stromnetz einspeisen. Dafür erhalten die "Kraftwerksbesitzer" eine Vergütung durch die Energieversorgungsunternehmen, die ihnen unter günstigen Umständen einen ökonomischen Betrieb der Anlage ermöglicht. Verschiedene Programme der Regierung (z.B. das 100.000-Dächer-Programm) sowie das seit dem 1. April 2000 geltende Erneuerbare-Energien-Gesetz EEG, das eine einheitliche Vergütung von 99 Pfennig pro kW/h für solar erzeugten Strom festschreibt, bieten finanzielle Anreize zum Kauf und Betrieb einer Photovoltaik-Anlage. Auf diese Weise wird ein steigender Anteil der verbrauchten Elektrizität auf eine ressourcenschonende, d.h umweltfreundliche Weise erzeugt, denn Sonnenlicht ist, im Gegensatz zu den nicht erneuerbaren Energien Kohle, Gas, Öl oder Atomkraft in unbegrenzter Menge weltweit vorhanden. Vor dem Hintergrund sinkender Herstellungskosten für Photovoltaik-Zellen und einem gestiegenen Umweltbewusstsein ist die Stromerzeugung aus Sonnenlicht längst aus dem Schattenbereich einer Spielwiese für begüterte Ökofreaks herausgetreten; sie stellt sich heute als die Königsdisziplin unter den erneuerbaren Energien dar und wird möglicherweise die Lösung der Energieprobleme künftiger Generationen sein.
Abdruck kostenfrei - Belegexemplar erbeten an Siegen: Kommunikation
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