3. 3 Photovoltaik

Photovoltaik - Anlagen nutzen den direkten und den diffusen Teil der Solarstrahlung oder auch Globalstrahlung, und wandeln das Licht durch den photovoltaischen Effekt in elektrische Energie um. Dieser beruht auf der Tatsache, dass bei bestimmten übereinander angeordneten Halbleiterschichten unter dem Einfluss von Licht (Photon) freie positive und negative Ladungen entstehen, die durch ein elektrisches Feld getrennt und als Elektronen über einen elektrischen Leiter abfließen können. Der so entstehende Gleichstrom kann direkt für Geräte genutzt oder in Batterien gespeichert werden. Um ihn in das öffentliche Netzt einzuspeisen, muss er mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt werden.

Die Globalstrahlung ist um den Äquator am höchsten. So ist sie in Deutschland in den südlichen Bundesländern höher als in den nördlichen. Pro Quadratmeter fallen in Deutschland jährlich zwischen 900 und 1200 kWh Strahlungsenergie auf eine hori-zontale Fläche an. Diese wird im Schnitt mit einem Wirkungsgrad von 10 bis 15 Prozent umgewandelt. Mit einer 1 kWp- Anlage (etwa 8 m²) lassen sich so in Dresden zum Beispiel 800 bis 850 kWh pro Jahr erzeugen. An der Erhöhung des Wirkungsgrades wird noch gearbeitet, denn je höher der Wirkungsgrad, um so mehr kann man gewinnen und um so weniger Platz braucht man für dieselbe Leistung. Die installierte Leistung von Photovoltaik-Anlagen ist in den letzten Jahren erheblich gewachsen. Im Jahr 2000 waren knapp 110 MW installiert. 65 MW waren es 1999, ein Jahr zuvor erst 45 MW. Im Jahr 1991 noch betrug die installierte Leistung nur wenige Megawatt.

Das theoretische Potenzial der Solarenergie ist ungeheuer groß. So trifft in einer hal-ben Stunde soviel Energie durch die Sonne auf die Erde, wie die gesamte Menschheit derzeit in einem Jahr verbraucht. Wesentlich geringer fällt das technische Poten-zial aus. Dies hängt vor allem von der Fläche ab, die genutzt werden kann. Je 1 000 km² können in Deutschland rund 130 TWh/a Strom erzeugt werden. Insgesamt 2 300 km² stehen auf Dächern und an den Fassaden von Gebäuden und an anderen Stellen innerhalb von Siedlungsflächen in Deutschland zur Verfügung.⁽⁶²⁾

Noch geringer als das technische Potenzial fällt zur Zeit das wirtschaftliche Potenzial aus. Zwar konnten die Kosten von 3 DM/kWh im Jahr 1985 auf 1,20 DM/kWh bei großen netzgekoppelten bzw. 1,80 DM/kWh bei dezentralen Kleinanlagen in Mitteleuropa gesenkt werden, doch sind viele Alternativen noch weitaus günstiger. Allerdings wird bereits bis 2010 eine weitere Kostensenkung auf etwa 0,50 bis 0,75 DM/kWh erwartet. Energetisch betrachtet macht sich eine Anlage je nach Typ zwischen zwei und vier Jahren bezahlt. Das für die Herstellung mehr Energie benötigt wird, als die Solarzelle letztendlich erzeugen kann, ist also nicht richtig. In den etwa 30 Jahren Betriebszeit erzeugt sie ein Vielfaches.

Das wichtigste Element der Solarzelle ist das Silizium. Es wird in drei Varianten hergestellt:

� monokristalines Silizium

- aufwendig in der Herstellung, daher teuer - sehr rein, daher die besten Wirkungsgrade � polykristalines Silizium

- einfacher und kostengünstiger in der Herstellung - durch geringere Reinheit des Materials etwas schlechterer Wirkungsgrad � amorphes Silizium

- noch billiger in der Herstellung - Wirkungsgrad und Lebenszeit geringer, daher Kostenvorteil ausgeglichen Auf diesem Gebiet ist die Forschung und Entwicklung noch in vollem Gange. So werden eine Vielzahl an Materialien erprobt, vor allem im Bereich der Dünnschichttechnologie, die mit deutlich weniger Material auskommen, was zu einer starken Kostensenkung führt. Ein vielversprechendes Konzept für die Zukunft ist auch das der sogenannten Tandemzellen. Hier werden mehrere Halbleitermaterialien so kombiniert, dass sie einen größeren Bereich des Spektrums des Sonnenlichtes ausnutzen können. Man erhofft sich daraus eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrades.

(62) Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.), Erneuerbare Energien und Nachhaltige Entwicklung, 3. Aktualisierte Auflage, Berlin August 2000, S. 28.
(63) Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.), Erneuerbare Energien und Nachhaltige Entwicklung, 3. Aktualisierte Auflage, Berlin August 2000, S. 28.

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