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Solarenergie

Solarenergie, die Sonne dient als Energiequelle

Die Idee der Solartechnik entstand schon circa 250 vor Christus durch den griechischen Erfinder Archimedes von Syrakus. Da diese Technik noch nicht ausgereift war erfand der Naturforscher Horace-Bénédict de Saussure im 18. Jahrhundert den ersten Prototypen eines Solarkollektors. Dieser bestand aus einem Holzkasten mit einer Glasabdeckung und konnte bis zu 87°C erreichen. Im 19. Jahrhundert setzte dann Augustin Mouchot Brennspiegel ein um die Technik weiter zu verfeinern. Dabei entstand zum ersten Mal Elektrizität.

Das Prinzip der Solarwärme durch Sonnenstrahlung

Bei der Solarthermie wird der Kollektor und dessen Wärmeträgeflüssigkeit erwärmt. Diese Flüssigkeit wird in einen Behälter gepumpt, welcher dann trinkbares Kaltwasser erwärmt. Außerdem kann auch ein zusätzlicher Heizkessel Wasser erhitzen.

Das Prinzip der Photovoltaik

Bei der Photovoltaik wird Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt, welche so entsteht: Wenn Lichtteilchen (Photonen) in geeigneten Materialien aufgenommen werden, entstehen positive und negative elektrische Ladungsträger, die sich innerhalb dieser Materialien nahezu frei bewegen können. Dadurch wird die Energie der Lichtteilchen zu einem wesentlichen Teil auf diese Ladungsträger übertragen. In photovoltaischen Energiewandlern werden diese Landungsträger wählerrisch nach positiven und negativen Ladungen getrennt. Dann werden sie zu der anderen Schicht transportiert und es entsteht ein Ladungsüberschuss. Deshalb entsteht zwischen den beiden Elektroden eine elektrische Spannung, die die Ladungsträger in einem externen Stromkreis einen elektrischen Strom erzeugen lässt. Dieser entsprechende Strom ist umgewandelte Sonnenenergie.

Damit das beste Ergebnis erzielt wird müssen 2 wichtige Punkte eingehalten werden.

  • Zum einen muss der Transport von den Ladungsträgern zu den äußeren Elektroden schnell erfolgen, weil in den Absorbermaterialien unter anderem Prozesse ablaufen, bei denen die durch Lichtaufnahme erzeugten freien Ladungsträger wieder vernichtet werden. Ihre Energie wird bei einem Rekombinationsprozess (Prozess bei dem negative und positive Ladungsträger sich zu einem Atom vereinen) in den meisten Fallen in unerwünschte Wärme umgewandelt.

 

  • Zum anderen muss dafür gesorgt werden, dass die Energiekonverter die Photonenenergien, wirksam umsetzten. Also muss so ein Energiekonverter kosteneffektiv hergestellt sein, weil Solarenergie eine großflächige Technologie sein wird. Im günstigsten Falle beträgt die Strahlungsenergie der Sonne 1000 Watt pro Quadratmeter (W/m2). Die besten photovoltaischen Energiekonverter können damit heute 15 W/m2 elektrischer Leistung erzeugen. Der spezifische Gesamtenergieverbrauch beträgt in industriellen Ballungszentren in Deutschland etwa 1 W/m2.

 


Peter Farrenkopf