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Einleitung

Photovoltaik ist die Erzeugung von elektrischem Strom aus der Sonnenstrahlung. Die Sonnenenergie gehört zu den erneuerbaren (regenerativen) Energieträgern. Das heißt, sie ist eine Quelle für die Stromerzeugung, die nicht versiegt. Andere erneuerbare Energieträger sind Wind- und Wasserkraft, Erdwärme sowie Biomasse aus nachwachsenden Rohstoffen wie Holz oder Stroh.

Erneuerbare Energieressourcen unterscheiden sich von nicht erneuerbaren (fossilen) Ressourcen wie Erdöl, Kohle oder Erdgas. Diese fossilen Ressourcen erneuern sich nicht schnell, nachdem man aus ihnen Energie gewonnen hat. Deswegen werden sie immer seltener und dadurch auch teurer. Ein weiterer Unterschied zu den erneuerbaren Energieressourcen ist, dass Energie aus fossilen Ressourcen klima- und umweltschädlich ist, z. B. weil CO2 bei der Verbrennung freigesetzt wird.

Die Nutzung von erneuerbaren Energiequellen, wie Sonnenenergie, ist daher eine Alternative, um einerseits natürliche Ressourcen zu schonen und andererseits klimafreundlich Strom zu erzeugen. Auf den nächsten Seiten ist dargestellt, wie das überhaupt funktioniert und wie sich Photovoltaik im Gebäudebereich nutzen lässt.

Wenn es um Photovoltaik geht, stößt man immer wieder auf bestimmte Begriffe und Abkürzungen.

W … Watt (Einheit für Leistung)

kW … Kilowatt (= 1.000 Watt)

kWh … Kilowattstunde (Einheit für Energie)

kWh/m2a … Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr

Elektronen: elektrisch negativ geladene Teilchen, die auf Bahnen um den Atomkern kreisen und damit die sogenannte Atomhülle bilden. Wenn in einem Körper (z. B. einer Metallplatte) ein Überschuss oder ein Mangel an Elektronen entsteht (z. B. durch Reibung oder Strahlung), lädt sich der Körper negativ bzw. positiv auf. Weil Ladung aber nach Ausgleich strebt, bewegen sich die überschüssigen Elektronen dorthin, wo Elektronen fehlen. Es kommt also zu Bewegung unter den Elektronen. Strom, der fließt, ist genau eine solche Bewegung.

Photonen: Das Wort leitet sich aus dem Griechischen ab: Phos bedeutet Licht. Grob gesprochen, kann man Photonen als „Lichtteilchen“ bezeichnen. Aus ihnen besteht elektromagnetische Strahlung (wie eben Licht, aber z. B. auch Röntgenstrahlen).

Halbleiter: Festkörper (Stoffe), die sowohl elektrische Leiter als auch Nicht-Leiter sein können. Ob sie leiten oder nicht, hängt von äußeren Bedingungen (z. B. der Temperatur) ab oder von inneren Eigenschaften. Beispielsweise kann man bestimmte Fremdatome in einen Halbleiter einbringen, damit diese die gewünschte Leitfähigkeit erhalten. Das wird „Dotierung“ genannt und ist für die Herstellung von Solarzellen wichtig, wie wir später noch sehen werden.

Luftmasse: englisch „Airmass“ (AM); bezeichnet die Länge des Weges, den Lichtstrahlen durch die Atmosphäre bis zum Erdboden zurücklegen, verglichen mit dem kürzesten Weg, nämlich dem bei senkrechtem Lichteinfall. Eine Luftmasse von 1 entspricht einem senkrechten Lichteinfall (Winkel von 0°), wenn die Sonne im Zenit steht. Eine Luftmasse von 1,5 entspricht einem Lichteinfall von circa 48°, wenn die Lichtstrahlen schräg auf die Erdoberfläche treffen.

Primärenergie: natürlich vorkommende Energie in ihrer ursprünglichen Form, bevor sie z. B. in Strom oder Kraftstoff umgewandelt wird. Zu Primärenergiequellen zählen Kohle-, Erdöl- und Erdgasvorkommen, Uran, Wasserkraft, Sonnenstrahlung, Windkraft, Erdwärme und Biomasse. Nach der Umwandlung spricht man von Sekundärenergie und schließlich von der Endenergie, die beim Verbraucher ankommt.

Wirkungsgrad: beschreibt bei der Photovoltaik die Effizienz der Energieumwandlung. Wie viel Sonnenenergie wird von einer Solarzelle in elektrische Energie umgewandelt? Der Wirkungsgrad wird entweder mit η (Eta) bezeichnet oder in Prozent angegeben: Eine Solarzelle hat z. B. einen Wirkungsgrad von 16 %, oder man sagt: η = 0,16.

Parallelschaltung: Die Elemente eines Schaltkreises sind parallel geschaltet, wenn auf der einen Seite ihre Minuspole miteinander verbunden sind und auf der anderen Seite ihre Pluspole. Der Strom fließt nicht als Ganzes durch alle Elemente hintereinander durch (das wäre „Reihenschaltung“, siehe unten), sondern teilt sich vorher auf. Mit der Parallelschaltung wird die Gesamtstromstärke erhöht, während die Spannung gleich bleibt.

Reihenschaltung: Die Elemente eines Schaltkreises sind in Reihe geschaltet, wenn sie hintereinander vom selben Strom durchflossen werden. Damit können höhere Gesamtspannungen erzeugt werden, während die Stromstärke gleich bleibt. Die Reihenschaltung wird auch Serienschaltung genannt. Das Gegenteil davon ist die „Parallelschaltung“ (siehe oben).

   

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