Alternative Energieformen - Sonne

Photovoltaik

Die Umwandlung von Solarenergie in elektrischen Strom geschieht auf Basis des fotoelektrischen Effekts. Hierbei treffen Photonen des Sonnenlichts auf Oberflächen (Elektronenspender) und kollidieren mit den in der Materie enthaltenen Elektronen. Die Elektronen werden dabei aus ihrer atomaren Bindung geschlagen und können sich frei bewegen, bzw. als elektrischer Strom wirken.

Der Wirkungsgrad der meisten erhältlichen Photovoltaik-Anlagen liegt zwischen 6 und 18 Prozent. Dieser Wirkungsgrad hängt von der Bauart der Anlagen, der Strahlungsintensität der Sonne, dem Einstrahlungswinkel auf die Photovoltaikzellen und der Temperatur ab. So nimmt die Effizienz einer herkömmlichen Photovoltaik-Anlage (mit zunehmender Temperatur) ab einer Temperatur von 24° C ab. Daher ist es nicht einfach möglich, riesige Solarparks in einstrahlungsintensiven Gegenden wie heißen Wüsten zu errichten. Das weltweit bekannte Projekt des Sonnenkraftwerkes in der Sahara ist ein Wasserdampfkraftwerk, welches zum Erhitzen des Wassers Sonnenenergie verwendet. Weiters sollten die Sonnenstrahlen möglichst rechtwinkelig auf die Photovoltaikpaneele treffen.

Durch schichtweise Kombination mehrerer Materialien können bereits Solarzellen hergestellt werden, die rund 30 Prozent des sichtbaren Sonnenlichts in elektrischen Strom umwandeln.

Arten von Solarzellen

Dünnschichtsolarzellen

Wenngleich das für die Herstellung von Solarzellen benötigte Silizium nahezu überall auf der Erde vorkommt, sind die Produktionskosten von Photovoltaikanlagen verhältnismäßig hoch. Das liegt unter anderem daran, dass die Weiterverarbeitung von Silizium eine hoch entwickelte, energieintensive Technologie erfordert. Silizium für die Photovoltaikanlagen ist daher eine kostenintensive Ressource.

Um die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen zu erhöhen, wurde die Technologie der klassischen Photovoltaik-Anlage teilweise durch eine Dünnschichttechnologie ergänzt. Bei Dünnschichtanlagen wird unter Verwendung spezieller Sprühtechnologien wesentlich weniger Silizium auf die Glasplatten aufgetragen. Der Wirkungsgrad bei Dünnschichtanlagen beträgt im Verhältnis zu herkömmlichen Photovoltaikanlagen nur 10%, die Wirtschaftlichkeit ist durch die Senkung von Produktionskosten jedoch wesentlich höher. Dünnschichtanlagen eigenen sich daher weniger für den konzentrierten Einsatz in Solarkraftwerken. Durchaus zweckmäßig ist ihr Einsatz an Fassaden von Gebäuden.

Mehrschichtsolarzellen

Strahlung breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit und stets in Form von Partikelwellen - ähnlich den Wellen auf einer Wasseroberfläche - aus. Das für uns optisch sichtbare Licht stellt lediglich einen kleinen Bereich der elektromagnetischen Strahlung dar. Neben dem sichtbaren Licht sind wir stets von für uns nicht sichtbarer Strahlung umgeben. Ähnlich dem menschlichen Auge können Photovoltaik-Anlagen nur bestimmte Spektren der elektromagnetischen Strahlung verarbeiten. Dies muss nicht zwangsläufig optisches Licht sein. Kombiniert man unterschiedliche Elektronenspender in einer Photovoltaik-Anlage, kann man der Sonnenstrahlung weitaus mehr Energie entziehen. Solche Mehrschichtanlagen können einen Wirkungsgrad von rund 30 Prozent erreichen.

Mehrschichtanlagen kosten aufgrund ihrer Komplexität sehr viel mehr als konventionelle Konstruktionen. Ihr Einsatz ist vor allem bei beschränkter Lichteinstrahlung zweckmäßig, wenn ein eingeschränkter, einstrahlungsintensiver Raum möglichst optimal genutzt werden soll.

Organische Photovoltaik

Organische Photovoltaik (OPV) - umgangssprachlich auch Plastiksolarzelle - stellt den Versuch dar, flexible, dünne, robuste und vor allem kostengünstige Solarzellen herzustellen. Plastiksolarzellen haben bislang mit 2 Prozent Energieeffizienz nicht annähernd den Wirkungsgrad herkömmlicher Solarzellen auf Siliziumbasis. Sie eignen sich weniger für den Einsatz in Solarparks oder auf Dächern von Gebäuden. Allerdings werden organische Solarzellen in Zukunft eine zentrale Rolle bei der Energieversorgung von Geräten wie Mobiltelefonen, Laptops, Navigationsgeräten etc. spielen. Hierzu könnte die Plastiksolarzelle in Vorhänge, Jacken, Markisen, Gebäudefassaden und Fensterscheiben integriert, oder als „stromerzeugende Farbe" aufgetragen werden.

Da sich die organische Photovoltaik noch im Forschungsstadium befindet, kommt diese bislang nicht zum Einsatz. Bis zur Marktreife sollte die Energieeffizienz noch auf 5 bis 10 Prozent erhöht, und die Herstellungskosten deutlich gesenkt werden. Außerdem müssen noch einige technische Herausforderungen in Hinblick auf Stabilität und Lebensdauer der Zellen gemeistert werden.

Politische und wirtschaftliche Notwendigkeit von Photovoltaik

Derzeit geht man davon aus, dass u.a. das Verbrennungsnebenprodukt Kohlenstoffdioxid (CO2) für die globale Erderwärmung verantwortlich ist. Zudem geht man davon aus, dass die für Menschen erschließbaren Erdölressourcen zur Energieversorgung nur noch für wenige Jahrzehnte ausreichen werden.

Die Erhöhung des Energieanteils aus regenerativen Quellen würde dazu beitragen, den Ausstoß an Schadstoffen (hierunter auch etliche chemische Verbindungen mit weitaus höherer Schadwirkung als CO2) zu reduzieren. Zusätzlich würde es helfen, den weltweiten Verbrauch von fossilen Energieträgern (Kohle, Erdöl, Gas) zu verringern.

Der Ausbau von Photovoltaik würde erheblich dazu beitragen, Kaufkraft und Wertschöpfung ins Inland rückzuführen, bzw. Arbeitsplätze auf den heimischen Märkten zu schaffen. Darüber hinaus hätte man die Möglichkeit, Photovoltaik als Hochtechnologie zu exportieren. Wenn das Ziel, eine energieautarkere Region zu sein erreicht wird, würde sich die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern minimieren.