Strom aus Solarenergie
Die typische direkte Umwandlung von Solarenergie in Strom nennt man Photovoltaik. Eine größere Ansammlung solcher Photovoltaikanlagen nennt man auch Solarstromanlage. Es gibt auch noch andere Formen zur Nutzung der Solarenergie – bei diesen wird allerdings nicht direkt elektrische Energie hergestellt. Solarenergie ist praktisch unbegrenzt nutzbar, zumindest von unserem Standpunkt aus gesehen. Die Verfügbarkeit wird lediglich von Tages- und Jahreszeit, Breitengrad, Wetterlage und gegebenenfalls Verschattung (durch Bäume und Aufbauten) beeinflusst. Gut geplant kann man mit Solarstromanlagen einen guten Teil des Energiebedarfs decken. So erbringen die derzeit in Deutschland installierten Solaranlagen eine Gesamtleistung von mindestens 9,8 GW – das bringt uns die Vorreiterstellung in Europa.
Solarstromanlagen: von der Entdeckung des photoelektrischen Effekts
Alexandre Edmond Becquerel stieß 1839 bei Experimenten auf den photoelektrischen Effekt. Damit war der Anfang gemacht – bis zur praktischen Anwendung vergingen allerdings noch Jahrzehnte. 1876 entdeckten dann Williams Grylls Adams und sein Schüler, dass Selen Elektrizität produziert, wenn es dem Licht ausgesetzt wird. Damit konnte man zwar noch nicht ausreichend Energie herstellen, aber der Grundstein für die Solarstromanlagen war gelegt. Erst Mitte des 20. Jahrhunderts kam es zu einem ersten Konzept der Halbleiter-Photovoltaik. Ihren ersten Einsatz hatten die Solarzellen dann 1958 in der Raumfahrt. Auf der Erde wurden sie vorerst nur in Ausnahmefällen zur Stromgewinnung genutzt. Mitte der 1970er Jahre wurden dann mehr Solarzellen für terrestrische Zwecke als für die Raumfahrt produziert.
Funktionsweise von Solarstromanlagen
Das verwendete Halbleitermaterial besteht aus Silizium, welches gezielt mit Bor und Phosphor verunreinigt wird. Dies hat zur Folge, dass ein Überschuss an Elektronen herrscht. Trifft dann Licht auf die Solarzelle, werden die Elektronen freigesetzt und erzeugen eine elektrische Spannung. Durch einen angeschlossenen Stromkreis, kann die elektrische Energie nach außen geleitet und genutzt werden. Dabei wird allerdings Gleichstrom hergestellt. Um den Strom ins öffentliche Netz einspeisen zu können, muss er mittels Inverter (Wechselrichter) zu Wechselstrom umgewandelt werden. Eine einzelne Solarzelle produziert jedoch viel zu wenig Strom. Daher werden viele Solarzellen zu Photovoltaik-Modulen verbunden. Verschaltet man viele dieser Module, erhält man eine Solarstromanlage.
In Solarparks werden einzelne Solarmodule in Reihe verschaltet, wobei sich die Spannung addiert. Für Solarstromanlagen sind nachführbare Unterkonstruktionen ideal, da sie stets perfekt zum Sonnenstand ausgerichtet werden können. Sie bieten das Maximum an Effizienz. Wenn diese Nachführautomatik nicht vorhanden ist, muss man zwischen höchstmöglichem und möglichst gleich bleibendem Energieertrag wählen. Für Deutschland entspricht das einer Ausrichtung nach Süden mit 30° Neigung um den höchst möglichen Energieertrag zu erzielen oder bei gleicher Ausrichtung und einem Winkel von 55° um einen relativ gleich bleibenden Energieertrag zu gewährleisten.
