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Photovoltaik. Von der Solarzelle zum "eigenen" Strom

Hausarbeit 2001 11 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Entwicklung
1.2 Grundprinzip der Solarzelle

2. Solarenergie für private Endverbraucher
2.1 Angebot und Bedarf
2.2 Der Weg zum „eigenen“ Strom

3. Zusammenfassung

4. Literatur- und Quellenverzeichnis

1.Einleitung

Die vorliegende Hausarbeit beschäftigt sich mit dem Thema Photovoltaik und ihrem Instrument, der Solarzelle. Sie stellt eine Reflexion der gegenwärtigen Situation im Bereich der Solarenergie dar, stellt verschiedene Arten von Solarzellen vor und versucht, einen Ausblick auf die künftige Entwicklung zu geben.

Das Thema scheint mir insofern einer besonderen Beachtung würdig, da aufgrund der hohen Lebenshaltungskosten (insbesondere wegen der gestiegenen Rohölpreise als auch der Mineralölsteuer) auch und gerade für Hausbesitzer und sonstige private Endverbraucher die Möglichkeit, selbst Strom zu erzeugen, zunehmend interessanter und finanziell attraktiver wird – nicht zuletzt durch staatliche Förderprogramme. Darüber hinaus ist uns allen die Endlichkeit der fossilen Energieträger bewusst, realistische Schätzungen der Ölreserven – bei gleichbleibendem Verbrauch – gehen von 42 Jahren aus, für Erdgas 67 Jahre und für Kohle ca. 200 Jahre (Quelle: Shell Solar GmbH). Daher muss es unser Ziel sein, regenerative Energien für die breite Masse nutzbar zu machen. Neben der Photovoltaik gibt es natürlich auch bereits existierende Konzepte für den Einsatz von solarthermischen Anlagen wie z.B. Sonnenkollektoren zur Warmwasserbereitung, auf diese soll hier allerdings nicht tiefer eingegangen werden. Ebenfalls außen vor bleiben die regenerativen Energieträger Wasser und Wind, die jedoch in Zukunft, mit verbesserter Technik, ebenfalls ihren Teil zur Stromeinspeisung beitragen werden.

1.1 Entwicklung

Der sogenannte Lichtelektrische Effekt, d.h. die direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie, wurde bereits 1839 von Becquerel entdeckt. Erste technische Anwendungen dieses Effektes finden sich zunächst in den 1930er Jahren, dabei wurden Selenzellen zur Lichtmessung verwendet. Aber

erst mit der fortschreitenden Entwicklung der Halbleitertechnik und entsprechender Verarbeitungstechniken war es möglich, Solarzellen mit definierten Eigenschaften und akzeptablen Wirkungsgraden herzustellen. 1954 stellten die Bell Laboratorien die erste Silizium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 5% her. Aufgrund der hohen finanziellen Aufwendungen für die Herstellung von photovoltaischen Anlagen blieb der Einsatz zunächst auf die Raumfahrt beschränkt. Doch bereits seit Mitte der 50er Jahren werden sowohl amerikanische als auch russische Satelliten mit Solarzellen ausgerüstet. Mit zunehmender Optimierung des Fabrikationsprozesses und verbesserten Materialien sowie der beginnenden Massenanfertigung wurde die Solarzelle auch ökonomisch interessant, und heute hat sie einen festen Einsatz im Bereich der Kleinstenergieverbraucher (Taschenrechner, Uhren, Parkscheinautomaten etc.). Aber auch an abgelegenen Standorten weitab vom festen Stromnetz ist die Solarzelle heute eine saubere und finanziell attraktive Alternative z.B. zum Dieselaggregat. Als Beispiel seien hier Signalbojen auf See oder Wasserpumpen in ärmlichen Gebieten ohne feste Stromversorgung (Afrika) aufgeführt. Photovoltaik ist somit bereits heute ein fester Bestandteil unseres Lebens, es stellt sich also die Frage, inwieweit eine eigene Photovoltaikanlage auch für private Endverbraucher sinnvoll ist.

1.2 Grundprinzip der Solarzelle

Heutzutage werden die meisten Solarzellen aus hochreinem polykristallinem (d.h. aus vielen Kristallen bestehendem) Silizium gefertigt. Dazu werden unter Zugabe eines Dotiermaterials wie Bor, Aluminium, Gallium oder Indium zunächst p-dotierte Einkristalle gezüchtet. Danach wird auf die eine Seite der daraus geschnittenen Siliziumscheiben Phosphor eindiffundiert, wodurch eine Schicht n-leitendes Silizium entsteht. Die Solarzellen bestehen somit aus einer n-leitenden und einer p-leitenden Schicht. An der Grenzfläche beider Schichten, im p-n-Übergang, baut sich ein elektrisches Feld auf: Elektronen (negative elektrische Ladung) und Elektronenlöcher (positive elektrische Ladung) sind zu beiden Seiten der Grenzschicht in unterschiedlichen Konzentrationen vorhanden. Dies resultiert aus der Bearbeitung – der Dotierung – der Siliziumscheibe. Fällt nun Licht auf die Zelle, erzeugen die Lichtquanten Elektron-Loch-Paare, diese werden an der Grenzschicht getrennt und stehen dann als Ladungsträger zur Verfügung. Das Elektron wandert zum n-Halbleiter und das Elektronenloch zum p-Halbleiter. Dadurch wird an den Anschlusskontakten der Solarzelle eine Spannung erzeugt, etwa 0,5 – 1 Volt. Wird ein Gerät, also ein Stromverbraucher, zwischen diese Kontakte geschaltet, kann der Strom fließen (vgl. Abb. 1). Durch Zusammenschaltung vieler Solarzellen zu Modulen können dann höhere elektrische Leistungen produziert werden.

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Details

Seiten
11
Jahr
2001
ISBN (eBook)
9783638224499
Dateigröße
673 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v18024
Institution / Hochschule
Helmut-Schmidt-Universität - Universität der Bundeswehr Hamburg – Institut für Kraftfahrwesen und Kolbenmaschinen
Note
2,3
Schlagworte
Photovoltaik

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Titel: Photovoltaik. Von der Solarzelle zum "eigenen" Strom