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Photovoltaik – Strom aus Sonnenlicht

Der Begriff Photovoltaik leitet sich aus dem griechischen Wort für „Licht“ (φῶς, phos, im Genitiv: φωτός, photos) sowie aus der Einheit für die elektrische Spannung, dem Volt (nach Alessandro Volta) ab und steht heute für die umweltfreundliche Stromgewinnung aus Sonnenenergie.

Seit Beginn des Photovoltaikausbaus sind die Kosten der Photovoltaik stark gesunken. Mittlerweile liegen die Stromgestehungskosten der Photovoltaik niedriger als bei fossilen/atomaren Konkurrenten. Inklusive Speicher, die bei hohem Anteil der Photovoltaik am Strommix notwendig werden, ist Solarstrom bereits heute konkurrenzfähig. Bei  der fossilen/atomaren Stromerzeugung fallen noch externe Kosten für Umwelt-, Klima- und Gesundheitsschäden an, die im Strompreis nicht mit berücksichtigt werden.

Die installierte Photovoltaik-Leistung ist weltweit von 23 Gigawatt im Jahr 2009 auf etwa 627 Gigawatt im Jahr 2019 gestiegen.

So entsteht aus Sonnenenergie Strom

Sonnenstrahlen sind elektromagnetische Wellen, teils als sichtbares, teils als unsichtbares Licht. Seit Beginn der Halbleitertechnologie ist man in der Lage, Licht mittels Solarzellen in elektrischen Strom zu wandeln. Die physikalischen Prozesse dieses Vorganges sind recht kompliziert. Der Wirkungsgrad hängt im Wesentlichen vom verwendeten Halbleitermaterial und dessen chemischer Beschaffenheit ab. Silizium ist aufgrund der hochentwickelten Verarbeitungstechnik und der nahezu unbegrenzten Vorräte (Quarzsand) das bislang meist verwendete Basismaterial zur Herstellung von Solarzellen.

Je nach Fertigungsprozess unterscheidet man:

Monokristallin:

Ein Kristallstab mit z.B. 15 cm Durchmesser wird aus einer Schmelze langsam „gezogen“ und in dünne Scheiben gesägt. Wirkungsgrad derzeit zwischen 15 und 22 %.

Polykristallin:

Silizium wird gegossen und bildet dadurch mehrere Kristalle. Wirkungsgrad derzeit zwischen 14 und 20 %.

Amorph:
Die Stoffe, wie z.B. Silizium, Kupfer usw. werden direkt auf einen Träger aufgedampft. Diese Dünnschichtzellen erreichen einen Wirkungsgrad von derzeit 6 bis 10 %

Die Solarzellen werden zum Erreichen größerer Spannung/Leistung in Reihe und parallel geschaltet. Sie bilden mit stabilem Rahmen, getempertem Frontglas und rückseitiger Verkapselung ein anschlussfertiges Modul. Faustformel für die Leistung bei Mono/Multikristallin: 180-200 W/m² bei max. Einstrahlung.

Häufig gestellte Fragen

Infoblatt Photovoltaik Wirtschaftlichkeitsberechnung und das neue EWärmeG

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