Solar-Wissen: Photovoltaik/Solarenergie
Photovoltaik: Wie Solarenergie funktioniert
Entwicklung und Funktionsweise der Solarenergie
Was bedeutet Photovoltaik?
Der Begriff „Photovoltaik“ setzt sich aus zwei Wortteilen zusammen. „Photo“ leitet sich vom griechischen Wort „phos“ ab, was „Licht“ bedeutet – bei der Photovoltaik bezieht sich „Photo“ also auf Licht, insbesondere auf das Sonnenlicht. „Voltaik“ ist eine Referenz an den italienischen Physiker Alessandro Volta, der für seine Arbeiten in den Bereichen der Elektrizität und Batterien bekannt ist.
Zusammengesetzt bedeutet „Photovoltaik“ also wörtlich „Licht in Elektrizität umwandeln“. Es beschreibt die Technologie, bei der Solarzellen verwendet werden, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Photovoltaik ist eine nachhaltige Methode zur Stromerzeugung und wird in Solaranlagen und Solarmodulen eingesetzt, um saubere und erneuerbare Energie zu produzieren.
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Eckdaten zur Entwicklung der Solarenergie
Entdeckung des photovoltaischen Effekts
Die Entwicklung der Photovoltaik hat dazu beigetragen, Solarenergie zu einer wichtigen und nachhaltigen Energiequelle zu machen, die weltweit genutzt wird, um sauberen Strom zu erzeugen. Historisch geht die Entwicklung bis ins Jahr 1839 zurück. Damals entdeckte der französische Physiker Alexandre-Edmond Becquerel den photovoltaischen Effekt – ihm fiel auf, dass bestimmte Materialien, wenn sie dem Sonnenlicht ausgesetzt wurden, eine elektrische Spannung erzeugten.
Erste Photovoltaikzellen
In den 1950er Jahren entwickelten Wissenschaftler wie Bell Laboratories in den USA die ersten brauchbaren Photovoltaikzellen. Diese waren jedoch noch teuer und wiesen eine geringe Effizienz auf. In den 1950er und 1960er Jahren begannen NASA und andere Raumfahrtagenturen, Photovoltaikzellen in Weltraumsatelliten und Raumfahrzeugen einzusetzen. Diese Zellen erwiesen sich als äußerst zuverlässig und effizient und trugen zur Erforschung des Weltraums bei.
Weiterentwicklung & Aufschwung
Im Laufe der Jahrzehnte wurden kontinuierliche Fortschritte bei der Verbesserung der Effizienz und Senkung der Kosten von Photovoltaikzellen erzielt. Dies führte zur verstärkten Nutzung von Solarenergie, sowohl in netzunabhängigen Anwendungen als auch zur Stromerzeugung im größeren Maßstab.
In den letzten Jahrzehnten erlebte die Photovoltaikindustrie einen starken Aufschwung, angetrieben durch Umweltbewusstsein, staatliche Anreize und technologische Fortschritte. Photovoltaikanlagen sind heute weltweit eine wichtige Quelle für erneuerbare Energie und tragen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen bei.
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Wie funktioniert eine Solaranlage?
Eine Solaranlage wandelt auf Grundlage des photovoltaischen Effekts Sonnenlicht in elektrische Energie um. Der Prozess funktioniert grob wie folgt:
Absorption von Sonnenlicht: Die Solaranlage besteht aus Solarmodulen, die eine Vielzahl von Solarzellen enthalten. Diese Solarzellen sind so konzipiert, dass sie Sonnenlicht absorbieren.
Photovoltaikprozess: Wenn das Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, löst es den sogenannten photovoltaischen Effekt aus. Dieser Effekt bewirkt, dass die Solarzellen Elektronen in Bewegung setzen und eine elektrische Spannung erzeugen.
Gleichstromerzeugung: Die erzeugte elektrische Spannung ist in der Regel Gleichstrom (DC), ähnlich dem Strom aus Batterien. Dieser Gleichstrom kann direkt verwendet werden, um Gleichstromgeräte zu betreiben, oder er kann in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden, um in das öffentliche Stromnetz eingespeist oder im Haushalt verwendet zu werden.
Wechselrichter: Ein Wechselrichter ist ein wesentlicher Bestandteil einer Solaranlage, der den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, der für den Hausgebrauch geeignet ist. Der Wechselrichter stellt sicher, dass der erzeugte Strom die richtige Spannung und Frequenz für den Haushalt hat.
Nutzung und Netzeinspeisung: Der erzeugte Strom kann direkt im Haushalt verwendet werden, um elektrische Geräte zu betreiben. Überschüssiger Strom kann ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden, wodurch der Hausbesitzer in vielen Fällen eine Vergütung für die erzeugte Energie erhält. In netzunabhängigen Systemen (Inselanlagen) kann der erzeugte Strom in Batterien gespeichert werden, um ihn bei Bedarf zu nutzen.
Überwachung und Steuerung: Moderne Solaranlagen sind oft mit Überwachungs- und Steuerungssystemen ausgestattet, die die Leistung der Anlage überwachen und optimieren. Dies ermöglicht eine effiziente Nutzung der erzeugten Energie.