Allgemein werden in der Sonne durch Kernfusion sehr große Mengen Energie freigesetzt, die die Erde als elektromagnetische Strahlung, oder auch Solarstrahlung, erreichen.
Der Teil der Strahlen, der nicht von der Erdatmosphäre absorbiert und reflektiert wird, kann mittels thermischer Solaranlagen, Photovoltaikanlagen oder solarthermischen Kraftwerken in nutzbare Energie umgesetzt werden.
Die von der Erdatmosphäre und Erdoberfläche absorbierte Sonnenenergie wiederum liefert die Energie zur Entstehung von Wind, Meeresströmungen und der Verdampfung von Wasser, sodass beispielsweise Windkraftwerke auch auf Solarenergie zurückgeführt werden können. Während der Photosynthese absorbieren Pflanzen Solarenergie und halten diese in Biomasse fest, die auch energetisch genutzt werden kann. Im Gegensatz zur Solarthermie, bei der die Solarenergie in nutzbare Wärmeenergie umgewandelt wird – also Strom indirekt erzeugt wird – versteht man unter Photovoltaik die direkte Umwandlung der Solarenergie in elektrische Energie.
Photovoltaik
Zusammen mit der Solarthermie ist die Photovoltaik ein Teilgebiet der Solartechnik.
Vorangetrieben wurden die Entwicklungen in diese Technik vor allem durch die erste Öl Krise und durch die Nachfrage der Raumfahrt in den 1960er und 1970er. Insbesondere Deutschland kann als führend bei der Erschließung dieser Technik angesehen werden. So erreichten Photovoltaik-Anlagen in Deutschland im Jahr 2005 eine gesamte Nennleistung von einem Gigawatt. Dies wurde insbesondere dadurch begünstigt, da durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz finanzielle Anreize zur Installation von Photovoltaik-Anlagen gemacht wurden.
Für die Solarzellen der Photovoltaik-Anlagen wird fast immer Silizium verwendet. Dabei unterscheidet man je nach Herstellungsverfahren:
- Monokristalline Solarzellen weisen den höchsten Wirkungsgrad auf (bis 20%), sind in der Herstellung jedoch sehr teuer. In der Praxis jedoch werden vor allem diese Solarzellen eingesetzt. Dazu werden einzelne Solarzellen in Glas eingebettet und auf das Dach montiert. Module bestehen aus mehreren einzelnen Zellen.
- Polykristalline Solarzellen werden mit wesentlich weniger Aufwand gefertigt und sind deswegen günstiger also monokristalline Solarzellen. Sie weisen jedoch auch mit einem bis zu 16%igen Wirkungsgrad eine geringere Effizienz auf.
- Amorphe Solarzellen weisen den geringsten Wirkungsgrad auf und werden meist nur in Taschenrechnern und anderen ähnlichen Kleingeräten eingesetzt.
Die Funktionsweise bei allen drei Solarzellen ist dieselbe: Im Prinzip wird Lichtenergie direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Dazu werden Halbleiter verwendet, die bei Lichteinwirkung freie Ladungsträger erzeugen und einen Plus-Minus-Pol erzeugen. Dieser photovoltaische Effekt befreit sozusagen Elektronen in der Solarzelle aus dem gebundenen Zustand. Trifft Licht auf die Zelle, dann werden Elektronen frei und durch das elektrische Feld zur Vorderseite der Zelle beschleunigt. Dadurch entsteht eine Spannung, die direkt vom Verbraucher genutzt werden kann.
