Entdeckung der Solartechnologie
Die Idee, Sonnenlicht als Energiespender zu benutzen ist gar nicht so neu. Bereits 1839 wurde zum ersten Mal der Effekt der Photovoltaik entdeckt, und zwar von Alexandre Edmond Becquerel. Dieser stellte bei einigen Experimenten mit elektrolytischen Zellen fest, dass zwischen diesen Strom fließt und dieser bei Licht minimal größer ist als bei Dunkelheit. Es sollte jedoch noch eine lange Zeit dauern, bis diese Entdeckung auch praktisch genutzt werden konnte.
1883 wurde der erste Vorläufer der heutigen Solarzellen entwickelt, Erbauer war Charles Fritts. 1921 gelang Albert Einstein die theoretische Erklärung dieses Effektes, dafür wurde er mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Zwei Jahre später konnte der Effekt auch in einem Experiment bestätigt werden und dafür bekam er ebenfalls einen Nobelpreis.
Solartechnologie
Die Solartechnologie wird seitdem ständig weiterentwickelt und findet immer neue Anwendungsmöglichkeiten. Die ersten Systeme, die mit Solarzellen ausgestattet wurden, waren amerikanische Satelliten in den fünfziger Jahren und inzwischen gibt es Solarzellen auch in den Bereichen des täglichen Lebens. So werden schon seit den siebziger Jahren in den meisten Taschenrechnern eingesetzt, entweder als einzige oder als Kombinationsenergiequelle mit einer normalen Batterie. Außerdem wird die Solartechnologie seit einigen Jahren für die unabhängige Beleuchtung von Sachen oder Häusern verwendet oder als Energiequelle für Parkscheinautomaten und Straßenlaternen. Gerade in den letzten zehn Jahren wird sie vor allem in Deutschland verstärkt auch zur Strom- und Warmwassergewinnung genutzt. Alle diese Verfahren setzen allerdings auf derselben technologischen Grundlage auf.
Könnte man die komplette Energie, die jährlich durch Sonnenstrahlung auf der Erde auftrifft, für die Stromgewinnung nutzen, würde man das 15.000-Fache des jährlichen Energiebedarfs der Menschheit damit decken können. Diese Nutzung ist allerdings praktisch unmöglich, die Zahlen verdeutlichen aber hervorragend, wie viel Energie die Sonne zur Verfügung stellen kann. Das Licht der Sonne trifft in verschiedenen Wellenlängen auf die Erde auf. Der Bereich geht von dem extrem kurzwelligen UV-Licht über in den Bereich des sichtbaren Lichts bis hin zu dem Infrarotlicht mit sehr großen Wellenlängen. Einen Teil dieses Lichts kann man dazu benutzen, die Strahlung in Energie umzuwandeln, ohne dabei CO2 oder andere schädliche Gase zu erzeugen. Dies geschieht in den Solarzellen, die zur Stromerzeugung genutzt werden. Diese Zellen sind meistens in größeren Einheiten miteinander verbunden, den sogenannten Solarmodulen. Diese produzieren allerdings nur Gleichstrom, der sich nicht in das normale Stromnetz einspeisen lässt. Der Gleichstrom wird vorher noch durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, damit die Einspeisung problemlos möglich wird.
Entwicklung der Solartechnologie
Während die Entwicklung der Solartechnologie schon recht weit fortgeschritten ist, gibt es noch einige Probleme in der preisgünstigen Herstellung der Solarzellen. Derzeit werden diese noch nicht in Massen produziert und die Fertigung ist nicht gerade günstig. Allerdings wird es durch den derzeitigen Boom und das große Wachstum des Marktes in der nächsten Zeit zu mehr Massenfertigung und damit zu günstigeren Preisen kommen.
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Die Funktionsweise von Solarzellen
Solarzellen
Die Grundlage der Photovoltaik Solarzellen, auch Photovoltaikzellen genannt, bestehen aus halbleitendem Material, das häufig aus Silizium besteht. Die Solarzellen sind in Module oder Paneele integriert, die auf Dächern, freien Flächen oder sogar in tragbaren Geräten platziert werden können. Diese Zellen haben die bemerkenswerte Eigenschaft, dass sie Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln können.
Der Photovoltaikprozess - Von Sonnenlicht zu elektrischem Strom
Der Photovoltaikprozess basiert auf dem sogenannten photovoltaischen Effekt. Wenn Sonnenlicht auf eine Solarzelle trifft, absorbieren die in der Zelle enthaltenen Halbleitermaterialien die Photonen des Lichts. Diese Photonen geben ihre Energie an Elektronen im Halbleiter ab, wodurch diese Elektronen aus ihrem atomaren Zustand herausgelöst werden. Dies erzeugt ein elektrisches Potenzial zwischen den beiden Seiten der Solarzelle.
Der Einfluss des pn-Übergangs
Eine Solarzelle hat in der Regel einen pn-Übergang, der aus zwei unterschiedlich dotierten Schichten besteht: der p-Schicht (positiv dotiert) und der n-Schicht (negativ dotiert). Durch den pn-Übergang entsteht ein elektrisches Feld, das die freien Elektronen und Löcher trennt und einen internen Stromfluss ermöglicht.
Die Erzeugung von Gleichstrom
Wenn ein externer Stromkreis geschlossen wird, fließen die freien Elektronen vom negativen n-Typ-Material zum positiven p-Typ-Material. Dabei wird ein Gleichstrom erzeugt, der für den Betrieb elektrischer Geräte verwendet werden kann. Der erzeugte Strom kann je nach Anwendung in Serie oder parallel geschaltet werden, um die gewünschte Spannung oder Leistung zu erreichen.
Die Nutzung und Speicherung des erzeugten Stroms
Der erzeugte Solarstrom kann direkt in ein Netz eingespeist und von dort aus genutzt werden. In vielen Fällen wird der Strom jedoch in Batterien oder anderen Energiespeichersystemen gespeichert, um ihn für Zeiten mit geringerer Sonneneinstrahlung oder für den späteren Verbrauch verfügbar zu machen. Fortschritte in der Batterietechnologie haben die Effizienz und Kapazität von Energiespeichersystemen erheblich verbessert.
Arten von Solartechnologien: Solarthermie und Photovoltaik im Vergleich
Solarthermie
Nutzung von Sonnenwärme Solarthermie bezieht sich auf die direkte Nutzung von Sonnenwärme zur Erzeugung von Warmwasser oder Raumheizung. Dabei werden Sonnenkollektoren verwendet, die Sonnenlicht absorbieren und die Wärme an ein Trägermedium wie Wasser oder Luft übertragen. Diese Technologie ist ideal für die Warmwasserbereitung in Haushalten, aber auch für die Beheizung von Gebäuden, Schwimmbädern oder industriellen Prozessen. Vorteile der Solarthermie sind die niedrigen Betriebskosten, die Reduzierung der CO2-Emissionen und die Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen.
Photovoltaik ist die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom
Die Photovoltaik (PV) konzentriert sich auf die Umwandlung von Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom. Photovoltaikzellen, die aus Halbleitermaterialien wie Silizium bestehen, absorbieren das einfallende Sonnenlicht und erzeugen einen elektrischen Strom. PV-Module werden häufig auf Dächern, Freiflächen oder sogar in tragbaren Geräten installiert. Die Photovoltaik bietet eine breite Palette von Anwendungen, von der Stromerzeugung für Einzelhaushalte bis hin zur Großanlagenerzeugung in Solarparks. Die Vorteile der Photovoltaik sind die erneuerbare Energieerzeugung, die Reduzierung der Umweltauswirkungen und die langfristige Kostenersparnis durch niedrigere Energiekosten.
Die Unterschiede zwischen Solarthermie und Photovoltaik
Der wesentliche Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik besteht in der Art der genutzten Energie. Solarthermie nutzt die Wärmeenergie der Sonne, während Photovoltaik das Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umwandelt. Solarthermie ist in erster Linie für die Erzeugung von Wärmeenergie geeignet, während Photovoltaik auf die Stromerzeugung spezialisiert ist. Die Anlagen und Komponenten für Solarthermie sind in der Regel einfacher und kostengünstiger als für Photovoltaik. Es ist auch möglich, sowohl Solarthermie als auch Photovoltaik in einem Hybrid-Solarsystem zu kombinieren, um sowohl Wärme- als auch Strombedarf abzudecken.
Sowohl Solarthermie als auch Photovoltaik spielen eine wichtige Rolle bei der Nutzung der Sonnenenergie als erneuerbare Energiequelle. Solarthermie bietet die Möglichkeit zur direkten Nutzung von Sonnenwärme für Warmwasser und Raumheizung, während Photovoltaik die Sonnenenergie direkt in elektrischen Strom für den Energiebedarf umwandelt. Die Wahl zwischen den Technologien hängt von den spezifischen Anforderungen, wie beispielsweise dem Bedarf an Wärme oder Strom, ab. In beiden Fällen bieten Solartechnologien bedeutende Vorteile wie die Nutzung erneuerbarer Energie, die Reduzierung von Emissionen und die langfristige Kostenersparnis.
Fakten und Statistiken zur Solarenergie
Die Wachstumsrate der Solarenergieindustrie
Die Solarenergieindustrie hat in den letzten Jahren ein bemerkenswertes Wachstum verzeichnet. Laut dem Global Status Report der Internationalen Energieagentur stieg die installierte Photovoltaik-Kapazität weltweit im Jahr 2022 um 142 Gigawatt, was einem Anstieg von 18% im Vergleich zum Vorjahr entspricht. Dies verdeutlicht das enorme Potenzial und die steigende Bedeutung der Solarenergie.
Die Installation von Solarsystemen
Die Installation von Solarsystemen hat weltweit beeindruckende Zahlen erreicht. Im Jahr 2022 wurden laut BloombergNEF weltweit über 285 Gigawatt an Solarkapazität installiert. Dies bedeutet, dass alle zwei Minuten eine neue Solaranlage installiert wurde. Besonders Länder wie China, die USA und Indien tragen maßgeblich zu diesem Wachstum bei.
Der Beitrag zur globalen Stromerzeugung
Die Solarenergie leistet einen immer größeren Beitrag zur globalen Stromerzeugung. Laut dem Renewable Energy Policy Network for the 21st Century (REN21) stieg der weltweite Anteil der Solarenergie an der Stromerzeugung im Jahr 2021 auf rund 3,8%. Dieser Anteil wird voraussichtlich weiter steigen, da mehr Länder in erneuerbare Energien investieren und die Kosten für Solartechnologien sinken.
Preisentwicklung von Solartechnologien
Die Kosten für Solartechnologien sind in den letzten Jahren erheblich gesunken. Laut dem Bericht "Renewables 2021" der Internationalen Energieagentur sind die Kosten für Photovoltaikmodule seit 2010 um rund 90% gesunken. Diese Kostensenkungen machen Solarenergie zunehmend wettbewerbsfähig gegenüber herkömmlichen Energiequellen wie Kohle und Gas.
Arbeitsplätze in der Solarenergiebranche
Die Solarenergiebranche schafft weltweit eine beträchtliche Anzahl von Arbeitsplätzen. Laut dem Bericht "Renewable Energy and Jobs - Annual Review 2021" des Internationalen Arbeitsamts waren im Jahr 2020 weltweit über 3,8 Millionen Menschen in der Solarbranche beschäftigt. Dies verdeutlicht nicht nur die Bedeutung der Solarenergie für die Energiewende, sondern auch ihren Beitrag zur Schaffung von Arbeitsplätzen mit einem großen Stellenmarkt.
Solarmodule, Wechselrichter oder PV-Anlage finden
Um die Photovoltaik-Preise für eine Installation, eine Wartung oder eine Photovoltaik Komplettanlage zu berechnen, können Sie kostenlos über das Angebotsformular gemeinsam mit unserem Kooperationspartner den passenden Solar-Fachbetrieb aus Ihrer Region finden. Jetzt von der Einspeisevergütung profitieren und bei Photovoltaikanlagen, Module, Speicher oder Wechselrichter sparen. Durch Angaben der gewünschten kWp Leistung Ihrer PV- / Solaranlage wird im Formular der Energieverbrauch der Photovoltaikanlage für ein Angebot berechnet. Durch diese Angaben bearbeiten Solarfachbetriebe aus ganz Deutschland Ihre Anfrage. Eine gute Planung der Wirtschaftlichkeit und den Wirkungsgrad mit oder ohne Einspeisevergütung ist aufgrund der langen Finanzierung, die sich meistens über mehrere Jahre zieht, von großer Bedeutung.