Photovoltaikanlagen

a) Aufbau Eine Solarzelle besteht aus einem Halbleitermaterial (meist Silizium), das auf beiden Seiten mit einem Fremdelement verunreinigt ist. Es entsteht auf der oberen (Sonnenzugewandten) Seite eine dünne negativ geladene Schicht (Elektronenüberschuß) und auf der anderen Seite eine dickere positiv geladene Schicht (Elektronenmangel). In der Mitte zwischen den beiden Ladungen entsteht eine Sperrschicht (pn-Übergang). Es ist eine Zone mit Ladungsmangel,
weil alle Ladungsträger nach außen gezogen werden. Oben und unten werden Kontakte aus Leitern an das Silizium angelegt. Fällt Sonnenlicht auf das derart veränderte Material, werden Elektronen durch einstrahlende Photonen (Lichtquanten, Sonnenstrahlen) angeregt. Die Photonen \"übergeben\" ihnen die nötige Austrittsenergie (Ionisierungsenergie) und zusätzlich kinetische Energie. Die Elektronen kommen zum Leiter und die bestehende Spannung zieht sie über die Elektroden, durch einen Verbraucher in die p-Schicht (Positiv dotierte Schicht) Dann diffudieren die Elektroden wieder aus der p-Schicht in die n-Schicht.


b) Nutzungsgrad

Laut neusten Information vom Frauenhofer Institut, haben die neusten Solarzellen aus
FZ-Silicium eine Effizient von etwa 23%, aus Cz-Silicium von etwa 21%, aus mc-Silicium von etwa 17% und Kristalline Silicium Dünnschicht Solarzelle von etwa 19%.

c) Wasserstoffanlagen

Es gibt verschiedene Methoden wie Wasserstoffanlagen funktionieren. Ich möchte die Funktionsweise am Beispiel der Solarfram SEGS erläutern. Riesige Spiegelrinnen, geformt wie überdimensionierte Schaufeln, sammeln das Sonnenlicht ein. Sie sind in langen parallelen Reihen aufgestellt und entsprechend dem Standort der Sonne beweglich aufgehängt. Damit wird Öl erwärmt, das mit etwa 400 Grad Celsius in einem Rohrsystem die Spiegel mit einem Kraftwerksblock verbindet. Über einen sogenannten Wärmetauscher gibt das aufgeheizte Öl seine Energie in einen Dampfkreislauf ab, an dem eine konventionelle Turbine hängt. Dieser Strom wird dann für die Aufspaltung von Wasserstoff genutzt.

ca) Nutzungsgrad

Der Nutzungsgrad solcher Anlagen ist momentan noch sehr gering. Da die Herstellung des Stromes noch sehr teuer ist. Die effizient liegt bei etwa 1%.

cb) Zukunft

Wasserstoff ist laut Meinung vieler Wissenschafter der Energieträger der Zukunft. Da bei der Verbrennung nur Wasser entsteht, ist er auch nicht Umweltschädlich. Außerdem hat auch die Industrie schon erste Projekte mit Wasserstoff Brennzellen gestartet (z.B. Daimler-Crysler den Necar II, ein Auto das mit Wasserstoff fährt).