Photovoltaik

Photovoltaik: Strom durch Solarzellen

Wenn von Solarstrom die Rede ist, so denkst Du bestimmt zuerst an Photovoltaik – und das zurecht. Durch Solarzellen beziehungsweise Solarmodule wird bereits viel Strom mithilfe der Sonneneinstrahlung erzeugt. Doch wie genau funktioniert diese Technologie und seit wann findet sie Verwendung? Das Vegan Strom-Lexikon hat für Dich Antworten.

 

Definition: Was ist Photovoltaik?

Unter dem Begriff Photovoltaik (auch Fotovoltaik) versteht man die Umwandlung der Energie der elektromagnetischen Wellen des Sonnenlichtes in elektrischen Strom mittels Solarzellen. Auf sie entfällt momentan der größte Teil dieser Art von „Sonnenstrom-Erzeugung“. Photovoltaikanlagen auf Dach- oder Freiflächen sind längst keine Seltenheit mehr. Es ist mittlerweile möglich, selbst auf dem Wasser sogenannte Solarparks, also Solarzellen-Kraftwerke, zu errichten. Nicht zuletzt kommen kleinere Solarzellen schon seit langem auch in kompakten oder stationären technischen Geräten zum Einsatz, etwa in Taschenrechnern oder Parkscheinautomaten.

Bereits 1839 entdeckte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel den Photovoltaischen Effekt. Darauf folgte Albert Einsteins Lichtquantentheorie im Jahre 1905, welche 1921 mit dem Nobelpreis in Physik ausgezeichnet wurde. 1954 gelang die Herstellung der ersten Siliziumsolarzelle, die bereits ein Jahr später zur Energieversorgung von Telefonverstärkern eingesetzt wurde. Mit dem Satelliten Vanguard 1 flogen 1958 die ersten Solarzellen ins All. In den Folgejahren nutzte die Raumfahrt immer häufiger die Technologie und half, sie weiterzuentwickeln. Durch die Ölkrise in den 1970er Jahren fand schließlich ein Umdenken auf dem Energiemarkt statt und die Photovoltaik rückte weitaus stärker in den Fokus der Forschung, zu Beginn vor allem in den USA, Japan und Deutschland. Mittlerweile sind Solarzellen und -kraftwerke hinsichtlich der Kosten-Nutzen-Rechnung nahezu auf Augenhöhe mit konventionellen Energiequellen. Bereits heute decken sie einen nicht mehr wegzudenkenden Teil unserer Energieversorgung. Aufgrund ihrer Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit sind sie eine wichtige Stütze, damit die Energiewende gelingen und dem Klimawandel Einhalt geboten werden kann.

 

So funktioniert Photovoltaik

Um die Sonneneinstrahlung und damit die Solarenergie in elektrischen Strom umzuwandeln, bedienen sich Solarmodule des sogenannten Photoelektrischen Effekts. Dafür werden Halbleiter benötigt. In der Regel ist hier Silizium noch immer der meist verwendete Rohstoff. Die Besonderheit an Halbleitern ist, dass in ihnen freie Ladungsträger erzeugt werden können, wenn ihnen Energie von außen zugeführt wird, etwa in Form von Licht. Die zusätzliche Energie regt Elektronen an, den bisher stabilen Atomverbund zu verlassen und zur positiven Halbleiterlelektrode zu wandern. Es entsteht so ein Stromfluss, den ein Stromabnehmer abgreifen kann. Dieses Grundprinzip macht sich die Photovoltaik zunutze.

Eine Solarzelle besteht demnach aus mehreren Schichten, die obere und untere besteht hierbei aus Silizium. In der oberen Schicht herrscht ein Elektronenüberschuss aufgrund von Elektronenspendern, etwa Phosphoratome. In der unteren hingegen liegt ein Elektronenmangel aufgrund von Elektronen-Akzeptoren vor, zum Beispiel Boratome. In der Übergangsschicht zwischen den beiden Siliziumplatten binden sich die überschüssigen Elektronen der oberen locker an die Elektronenlöcher in der unteren Platte, hierdurch entsteht ein beständiges elektrisches Feld. Gelangen nun durch einfallendes Licht Photonen in die Zelle, löst deren Energie diese Verbindungen wieder auf und hebt die Elektronen ins Leitungsband. Vorder- und Rückseite der Zelle sind mit Kontaktschichten aus Metall ausgestattet, für gewöhnlich Aluminium oder Silber, welche die vom elektrischen Feld bewegten Elektronen aufnehmen und durch einen Leiter zum Fließen bringen. So entsteht elektrischer Strom.

 

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