Solarzellen nutzen den photoelektrischen Effekt, um Solarstrahlung in elektrische Energie umzuwandeln.
Als Materialien dienen Halbleiterwerkstoffe, in denen positive und negative Ladungsträger durch den
Einfluss von Solarstrahlungsenergie getrennt werden.
Eine ausführliche und allgemeinverständliche Beschreibung der Funktionsweise von Solarzellen, ist in
einem umfangreichen Beitrag dargestellt.
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Braucht man für die Herstellung von Photovoltaikanlagen nicht deutlich mehr Energie als sie jemals wieder abgeben können?
Dieses Gerücht hält sich hartnäckig seit vielen Jahren, obwohl es dafür keine Grundlagen gibt.
Bereits in den 1990er-Jahren haben zahlreiche Studien gezeigt,
dass die Energiebilanz von Solarmodulen eindeutig positiv ist. Dennoch ist der Herstellungsenergieaufwand nicht unerheblich.
In Deutschland benötigten Photovoltaikanlagen rund 2 bis 5 Jahre bis sie die gleiche Energiemenge wieder hereingespielt haben
wie für die Herstellung benötigt wurde. Da die Herstellung von Solarzellen in den letzten Jahren deutlich rationalisiert und
der Einsatz von energieintensivem Silizium deutlich reduziert wurde, dürfte bei den neusten Photovoltaikanlagen die Amortisationszeit
deutlich niedriger sein.
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Heißt es eigentlich Photovoltaik oder Fotovoltaik?
In der alten Rechtschreibung war alles klar: Photovoltaik wird mit "Ph" geschrieben. Die neue deutsche Rechtschreibreform
ließ dann auch Fotovoltaik als Schreibweise zu. Dies macht durchaus Sinn, machen wir doch Urlaubsfotos, keine Urlaubsphotos.
Ob sich die Fotovoltaik indes wie das Foto als allgemeine Schreibweise durchsetzen wird, ist ungewiss. Seit jeher wird die
Photovoltaik liebevoll mit PV abgekürzt. Was eine PV-Anlage ist, verstehen alle Fachleute. Logischerweise müsste jetzt auch
die neue Abkürzung FV gelten. Von einer FV-Anlage hat aber bislang noch nie jemand etwas gehört. Da Photovoltaik auf Englisch
photovoltaics heißt und ebenfalls mit PV abgekürzt wird, hat die Schreibweise Fotovoltaik künftig wohl schlechtere Karten.
Kann die Photovoltaik überhaupt einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung in Deutschland liefern?
Die Potenziale der Photovoltaik sind riesig. Theoretisch könnten Photovoltaikanlagen in Deutschland den gesamten deutschen
Elektrizitätsbedarf decken. Da die Photovoltaik Nachts keine und im Winter wenig Elektrizität liefert, wären dafür aber
zahlreiche große und teure Speicher nötig. Es macht mehr Sinn, dass die Photovoltaik im Verbund mit anderen regenerativen
Energien die Stromversorgung sicherstellt. Ein Anteil von 20 bis 30 % an der Stromversorgung und knapp 10 % am
Primärenergiebedarf bis zum Jahr 2040 ist dafür realistisch.
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Ist der Wirkungsgrad der Photovoltaik nicht immer noch viel zu niedrig?
Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der eintreffenden Solarstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird.
Der Rekordwirkungsgrad von Stapelzellen im Labor liegt bei über 40 %. Solarmodule mit herkömmlichen Siliziumsolarzellen
erreichen in der Serie immerhin schon 20 %, Konzentratorsolarzellen in der Serie deutlich über 30 %. Damit unterscheidet
sich der Wirkungsgrad von Solarzellen nur noch wenig von herkömmlichen Atom- oder Kohlekraftwerken. Anders als diese
Kraftwerke benötigen Solarzellen aber keine Brennstoffe. Der Wirkungsgrad der Photovoltaik definiert nur, wie viel
Elektrizität sich aus der bestimmten Fläche gewinnen lässt. Die Dachfläche von Einfamilienhäusern ist aber in der Regel
mehr als ausreichend, auch bei mäßigen Wirkungsgraden den gesamten dort benötigen Elektrizitätsbedarf zu erzeugen.
Ist Photovoltaik nicht noch viel zu teuer?
Die Photovoltaik war einmal die teureste Art der Stromerzeugung. Das hat sich mittlerweile geändert. Bei Inselnetzanwendungen
ist die Photovoltaik bereits heute vollständig konkurrenzfähig. In vielen Ländern ist der Strom aus netzgekoppelten
Photovoltaikanlagen inzwischen auch schon preiswerter als der Endkundenpreis für Netzstrom. In Deutschland ist
die Photovotlaikstrom mittlerweile preiswerter als Strom aus Offshore-Windkraftanlagen. In absehbarer Zeit wird es in Deutschland sogar
wirtschaftlich interessant sein, Photovoltaikstrom für die Warmwassererzeugung und Heizungsunterstützung einzusetzen.
Welche Dachfläche benötige ich eigentlich, um meinen gesamten Strombedarf durch die Photovoltaik zu decken?
Der durchschnittliche Stromverbrauch eines Dreipersonenhaushaltes beträgt in Deutschland rund 3900 kWh pro Jahr.
Am Standort Berlin lassen sich bei einer optimal nach Süden ausgerichteten Anlage rund 900 kWh/kWp pro Jahr
erzeugen. Das heißt, es werden 4,3 kWp benötigt, um 3900 kWh pro Jahr zu erzeugen. Bei einem Modulwirkungsrad
von 13 % reicht für diese Leistung eine Fläche von 33 m² aus. Es gibt bereits auch schon Module mit einem
Wirkungsgrad von 20 %. Mit diesen Modulen sind sogar nur 22 m² ausreichend.
Sind Photovoltaikmodule mit kristallinen Solarzellen oder Dünnschichtzellen besser?
Diese Frage lässt sich nicht pauschal beantworten. Spielt die Fläche eine Rolle und kommt es auf
einen hohen Wirkungsgrad an, geht derzeit kein Weg an kristallinen Silizium-Solarmodulen vorbei.
Diese erreichen Wirkungsgrade von bis zu 20 %. Bei Dünnschichtmodulen haben derzeit amorphes Silizium,
CdTe und CIS einen hohen technischen Stand erreicht. Deren Wirkungsgrad liegt aber bestenfalls
nur knapp über 10 %. Ist ausreichend Fläche vorhanden und werden Dünnschichtmodule günstiger
pro kWp angeboten, sind sie durchaus eine Alternative. Dabei ist zu beachten, dass wegen des
niedrigeren Wirkungsgrads auch höhere Kosten für Montagesysteme und die Montage selbst anfallen.
Im Gegensatz zu kristallinen PV-Modulen existieren bei Dünnschichtmodulen noch nicht so umfangreiche
Betriebserfahrungen. Dadurch ist bei Dünnschichtsolarzellen das Betriebsrisiko geringfügig höher.
Aufgrund des geringeren Materialeinsatzes sind aber der Herstellungsenergieaufwand und
die energetische Amortisationszeit bei Dünnschichtmodulen niedriger als bei kristallinen Modulen.
Wie funktioniert eigentlich eine Solarzelle?
