Regenerative Energien: Solarstrom

Solarstrom ist Elektrische Energie, die direkt aus Sonnenenergie gewonnen wird. Dies geschieht über Solaranlagen, die aus vielen zusammengeschalteten Solarzellen bestehen.
Die Solarzellen wiederum bestehen aus einem Sandwich aus Silizium und anderen Halbmetallen und Metallen.

Es gibt verschiedene Typen von Solarzellen, welche sich vor allem durch den Aufbau und die eingesetzten Materialien unterscheiden:

1. Siliziumzellen

• Dickschicht
  • Monokristalline Zellen
    (c-Si)
    hohe Wirkungsgrade (großtechnisch bis über 20 % Wirkungsgrad erzielbar, gut beherrschte Technik; allerdings erfordert die Herstellung einen sehr hohen Energieeinsatz, der sich negativ auf die Energierücklaufzeit auswirkt.
  • Polykristalline Zellen
    (mc-Si)
    inzwischen sind großtechnisch wohl Wirkungsgrade bis über 16 % möglich, relativ kurze Energierücklaufzeiten, bisher und wohl auch noch einige Zeit die Zelle mit dem günstigsten Preis-Leistungs-Verhältnis
• Dünnschicht
  • Amorphes Silizium
    (a-Si)
    höchster Marktanteil bei den Dünnschichtzellen; Modulwirkungsgrade zwischen 5 und 7 %; keine Material-Engpässe selbst bei Produktion im Terawatt-Maßstab

  • Kristallines Silizium,
    z.B. mikrokristallines Silizium (µc-Si) in Kombination mit amorphem Silizium hohe Wirkungsgrade; Herstellung ähnlich zu amorphem Silizium

2. III-V-Halbleiter Solarzellen

• GaAs-Zellen

  hohe Wirkungsgrade, sehr temperaturbeständig, geringerer Leistungsabfall bei Erwärmung als kristalline Siliziumzellen, robust gegenüber UV-Strahlung, sehr teuer in der Herstellung, werden häufig in der Raumfahrt eingesetzt (Galliumindiumphosphid, GaInP/Galliumarsenid, GaAs/Germanium, Ge)

3. II-VI-Halbleiter Solarzellen

• CdTe
  soll großtechnisch sehr günstig herstellbar sein; für eine Laborsolarzelle sind schon etwa 16 % erreicht worden, Modul-Wirkungsgrade bisher noch deutlich unter 10%, Langzeitverhalten noch nicht bekannt.

[Quelle: Wikipedia, Artikel „Solarzellen“]

Die Solaranlagen, auch Fotovoltaik-Anlagen genannt, wandeln das auftreffende Licht durch den sogenannten fotoelektrische Effekt direkt in elektrische Energie um, welche dann umgeleitet und genutzt oder über Wärmetauscher auch indirekt gespeichert werden kann.
Der so erzeugte Gleichstrom muss vor der Nutzung oder Einspeisung ins öffentliche Netz durch einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden.

Derzeit liegen die Wirkungsgrade der Solarzellen bei etwa 15%, d.h. 15% der auftreffenden Energie wird in elektrische Energie umgewandelt. Das erscheint auf den ersten Blick nicht viel. Bedenkt man jedoch dass diese Energie völlig kostenlos ist und die Erhaltung der Solaranlagen ebenfalls relativ kostengünstig ist, erkennt man das Potential der Solaranlagen zur Stromerzeugung. In Laborexperimenten wurden jedoch schon Wirkungsgrade von bis zu 35% erzielt.

Um den gesamten Energiebedarf Deutschlands mit Solarenergie zu decken müssten „lediglich“ 2% der Gesamtfläche Deutschlands zur Platzierung einer Solaranlage genutzt werden. Die nötige Fläche könnte ohne Neuversiegelung über die Nutzung bisher bebauter Flächen (vor allem Dächer) erreicht werden.

Derzeit ist Solarstrom jedoch noch unverhältnismäßig teuer und die Einspeisung von Solarenergie wird derzeit (2006) mit 50 cent vergütet. Das würde, bei sehr großen Einspeisungsmengen, zu einer rapiden Steigerung der Stromkosten von derzeit etwa 5 cent um ein vielfaches führen und wäre somit derzeit noch nicht wirtschaftlich.

Die Weltweiten Kapazitäten der Solarenergie sind jedoch enorm und in Ländern wie Australien oder Chile lassen sich aufgrund der hohen Solarstrahlungswerte deutlich günstigere Stromgestehungskosten erzielen. Hinzu kommt, dass in vielen Entwicklungsländern noch gar kein Stromnetz existiert und somit die Fotovoltaik eine reisgünstigere Möglichkeit bietet elektrischen Strom zu erzeugen als dies mit teuren Dieselgeneratoren möglich ist.

Aufgrund der immensen Kapazitäten der Sonnenenergie ist die Fotovoltaik sicherlich die kostengünstigste Form der erneuerbaren Energien, sobald die Technik die billige Herstellung von Solarzellen und Solarmodulen erlaubt.

Weiterführende Informationen zum Thema Solarstrom

» Bundesverband Solarwirtschaft e.V., Berlin
» Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V., München/Berlin
» Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE