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In den letzten Jahren hat sich das Klima sehr zu unseren Ungunsten entwickelt. Der Ausstoß von CO2 durch verschiedene Ursachen, wie fossile Energieträger, führte zur Erwärmung der Umwelt. Wenn man in dieser Weise weiter voranschreitet, wird man unweigerlich die gnadenlosen Folgen fürchten müssen.

Um diesen Folgen weitestgehend auszuweichen, versuchen die Menschen Technologien zu entwickeln, die der Mutter Natur entgegenkommen. Ein Teilgebiet davon ist die Photovoltaiktechnik. Mit ihr sind wir in der Lage, Energie zu produzieren ohne auch nur ein Gramm des o.g. schädlichen Gases abzusondern. Der Name Photovoltaik wird aus dem griechischem Wort Photos (Licht) und der elektrischen Spannung Volt abgeleitet. Wie der Name schon verrät wird hierbei Licht in elektrische Energie gewandelt. Diesen Vorgang nennt man auch Photoionisation. Damit die Ionen gebildet werden können und somit Strom fließt, muss das einstrahlende Licht eine bestimmte Wellenlänge aufweisen. Unsere Sonne bringt diese Eigenschaft mit sich und verhilft uns so zu einer sehr umweltfreundlichen Energiegewinnung. Der strahlungsintensivste Anteil der Sonne liegt im für den Menschen sichbaren Licht (380nm-780nm). Alles was darüber hinaus geht, können wir nicht mehr erkennen, doch trotzdem ist die Strahlung noch vorhanden. Es spielt nun eine erhebliche Rolle welches Material, aus der die Solarzelle hergestellt wurde, für welche Wellenlänge eine Empfindlichkeit aufweisen kann. Somit ergeben sich folgende  Wirkungsgrade für die verschiedenen Module.

  

Dickschichtmodule

monokristalline Solarzellen(24%)

 

multi- und polykristalline Solarzellen (18%)

Dünnschichtmodule

amorphe Solarzellen (12%)

[Unter Laborbedingungen mit Silizium erreichte Werte. Diese können in der Realität abweichen.]




Alle Varianten unterliegen jedoch dem selben Prinzip. Die aufgeführte Abbildung eines Segmentes der Solarzelle ist in diesem Fall sehr hilfreich. Zum besseren Verständnis haben wir Schichten, wie die Antireflexionsschicht, nicht in das Bild mit eingefügt. Zu Anfang möchten wir erst einmal erläutern, wie die verschiedenen Schichten zustande kommen und was sie im Allgemeinen bedeuten. Das p-dotierte und das n-dotierte Gebiet kommen durch das Einbringen von verschiedenen Fremdatomen in Silizium zustande. Die verwendeten Stoffe sind Bor (untere Schicht) und Phosphor (obere Schicht).  Durch diesen Vorgang verändert man die Leitfähigkeit des eingesetzten Stoffes und kann somit Vorgänge gezielt steuern. Wenn man die beiden verschiedenen Gebiete zusammenführt entsteht der sogenannte pn-Übergang, der für die Kräfte, die auf die Ionen wirken, sorgt. Dabei gelangen freie Elektronen aus der n-Schicht in die p-Schicht und werden von den Elektronenlöchern, die durch die Verbindung Silizium-Bor entstehen, aufgenommen. Ladungsträgerpaare, die hier entstehen werden durch die einfallende Strahlung getrennt und zu den jeweiligen Elektroden transportiert, die in der Abbildung an den beiden abschließenden Seiten gut zu erkennen sind. Auch entstehen dabei Verluste. Durch Rekombination der verschieden Ionen werden wieder Paare gebildet und es kommt zu keinem Stromfluss. Da der pn-Übergang, nachdem die Ladungsträger durch zugefügte Energie (Strahlung) getrennt wurden, idealerweise dies jedoch nicht zulässt, ist das Nutzen bei einem Anschluss eines Verbrauchers, wie beispielsweise eines Fernsehers, eines Föns usw., der Stromfluss. Dadurch können wir nun den gewünschten Apparat in Betrieb nehmen.

Da die Funktion der Solaranlage behandelt wurde können wir uns nun dem Aufbau widmen. An dieser Stelle stellt sich die Frage, wie man ein Photovoltaikmodul für den optimalen Ertrag ausrichten sollte. Es ist wichtig sicher zu stellen, dass immer das Maximum der Sonneneinstrahlung aufgenommen wird. Deshalb ist es von Vorteil, wenn das Modul einen freien Blick nach Süden aufweisen kann. Außerdem müsste man darauf achten, dass eine Neigung vorhanden ist. Der ideale Winkel beträgt hierbei 30° zur horizontalen Achse. Beide Werte haben einen gewissen Spielraum ohne die Effizienz der Anlage wesentlich zu stören. Je nach Bebauungsfläche und ihrer Umgebung kann man in jedem Einzellfall die bestmögliche Entscheidung treffen.

Zu einer vollständigen Konstruktion gehören nicht nur einzig die Photovoltaikanlage, die nach dem Einbau nahezu wartungsfrei ist. Zuerst bringt man diese an geeigneter Halterung an. Im Anschluss verbindet man sie durch eine Gleichstromverbindung mit einem Wechselrichter. Der Wechselrichter wird benötigt, da wir Gleichstrom erzeugen. Um in das öffentliche Netz einzuspeisen, benötigt man jedoch Wechselstrom. Denn die Photovoltaikanlage fungiert nicht, wie andere Energiegewinnungsanlagen, die nur durch Antreiben eines komplizierten Generators, der mittels einer Turbine Wechselstrom hervorbringt, sondern durch den äußerst saubern Photoeffekt. Um den vollständigen Verlauf dokumentieren zu können benötigen Sie schließlich einen Stromzähler, der Ihnen die Menge des eingespeisten Stromes visualisiert. Wenn man sich noch entscheidet, einen Teil der grünen Energie zum Selbstverbrauch zu nutzen, um sich autonom von den hohen Stromkosten der EVU zu bewegen und eine zusätzliche Förderung durch den Staat zu erwirtschaften, schließt man auch hierzu einen Stromzähler an und hat ebenfalls für diesen Bereich einen ansehnlichen Wert. Jetzt kann mit der Versorgung durch den äußerst rentablen und sauberen Strom begonnen werden.