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Photovoltaik - Technik und Potential

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Physics

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Gliederung: 1. Was ist Photovoltaik? 1.1 Vorteile der Photovoltaik 1.2. Nachteile der Photovoltaik 2. Geschichte der Photovoltaik 3. Funktionsweise und Aufbau einer Solarzelle 4. Anwendungen von Photovoltaik 4.1 Solarbekleidung 4.2 Solarflugzeuge 5. Der Solarpark Leipziger Land - Photovoltaikanl­age tritt an Stelle des Kohleabbaus 6. Eigene Meinung 1. Was ist Photovoltaik - beschreibt Umwandelung Sonnenenergie - elektrische Energie - mit Hilfe v. Solarzellen - Photovoltaik (2 Worte) - „photo“- Licht - „voltaik“ abgeleitet…

Photovoltaik


Sieht man solche Bilder in Zukunft häufiger? Riesige Photovoltaikanlagen auf deutschen Dächern werden immer beliebter. Doch was ist eigentlich Photovoltaik genau? Wie viel kostet es und hat es genügend Potenzial, um den Weltmarkt zu erobern? Diese und viele weitere Fragen werden in diesem Artikel beantwortet.


Unter dem Begriff Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie, hauptsächlich Sonnenenergie, in elektrische Energie. Der Name Photovoltaik setzt sich aus den Begriffen „photos“ (griechisches Wort für Licht) und „volta“ (Nach Alessandro Volta, einem Forscher der Elektrotechnik) zusammen.


Die Technik wird seit 1958 eingesetzt, in den ersten Jahren hauptsächlich für Weltraumkörper wie Satelliten und auch die ISS. Nach und nach fand Photovoltaik auch bei der Bevölkerung Begehrtheit und wird heute in vielen verschiedenen Einrichtungen benutzt, wie z.B. auf Hausdächern, auf Parkscheinautomaten, in Taschenrechnern, an Schallschutzdächern oder auf Freiflächen.

Als Photovoltaik bezeichnet man einen Teilbereich der Solartechnik, welche auch andere Nutzungen der Sonnenenergie einschließt. Weltweit führende Hersteller kommen aus Deutschland, Japan und China, wobei sich fast die Hälfte aller produzierten Solarzellen auf deutschen Dächern befindet.

In Zukunft sollen aber auch in vielen anderen Gebieten Photovoltaikanlagen errichtet werden v.a.in Kalifornien und in China.


Technische Beschreibung:

Jede Solarzelle besteht aus vielen verschiedenen Halbleitermaterialien, hauptsächlich aus Silizium, welches als zweithäufigstes in der Erdkruste vorkommt und daher immer vorhanden sein wird. Selten wird auch Polykristall als Halbleiter verwendet. Außerdem kann es sehr umweltfreundlich verarbeitet werden.

Die Strahlungsenergie der Sonne kann aufgefangen und in Elektrizität umgewandelt werden, ohne dass, im Gegensatz zu Kraftwerken, Nebenprodukte wie Abgase entstehen. Bei dieser Umwandlung wird der photoelektrische Effekt ausgenutzt:

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In Photovoltaikanlagen wird mit Hilfe von Solarzellen, die zu Solarmodulen verbunden werden, Elektrizität erzeugt. Halbleiter sind beim Auftreffen von Licht und Wärme, die von der Sonne gegeben werden, elektrisch leitfähig. Dies funktioniert folgendermaßen: Bei einfallendem Licht auf eine Solarzelle werden Elektronen freigesetzt.

Dabei werden mit Hilfe einer beabsichtigten Unreinheit der Vor- und Rückseite positive Ladungsträger gebildet, die sich zu einer Seite der Solarzelle bewegen und zu der entgegengesetzten Seite orientieren. Somit wird ein Plus- und Minuspol erzeugt. Jetzt könnte mithilfe eines Verbrauchers elektrischer Strom fließen.

Bei kalten Temperaturen wirken die Halbleiter isolierend, sodass die Energie in Akkumulatoren gespeichert werden kann. Eine andere Möglichkeit ist die sofortige Einspeisung ins Stromnetz. Dabei muss allerdings die von den Solarzellen erzeugte Gleichspannung in Wechselspannung umgewandelt werden.

Durch die Wetterunregelmäßigkeiten ist die Menge des erzeugten Stroms von Tag zu Tag unterschiedlich. Der von sonnigen Tagen nicht benötigte Strom wird im öffentlichen Stromnetz gespeichert und kann dann zusätzlich an wetterungünstigen Tagen eingesetzt werden.


Die maximale Leistung einer Anlage bei Normalbedingungen - auch Nennleistung genannt - wird üblicherweise in WATTpeak oder KILOWATTpeak angegeben. Das Wort „peak“ kommt aus dem Englischen und bedeutet so viel wie Höchstwert oder Spitze.


Kosten:

Auch wenn von Fall zu Fall entschieden werden muss, welche Art von Solarzellen verwendet wird, ist Photovoltaik keine günstige Angelegenheit. Dabei haben sich die Preise für Photovoltaikanlagen seit 1990 mehr als halbiert - von rund 15.000 Euro pro KILOWATTpeak auf weniger als 6.000 Euro pro KILOWATTpeak.
Die Kosten für eine Photovoltaikanlage sind abhängig von der Größe, der Leistung und den persönlichen Ansprüchen.

Der Preis einer Photovoltaikanlage setzt sich folgendermaßen zusammen: Die Kosten der Solarmodule betragen 81% des Gesamtpreises, 10% werden für das Netzeinspeisegerät benötigt, und die restlichen 9% für Installationszubehör und Montage.


Potenzial:

Als Energiequelle ist der Einsatz von Photovoltaik unverzichtbar, der sich nach und nach weiterentwickeln wird. Trotz der scheinbar ungünstigen klimatischen Bedingungen in Deutschland würden theoretisch 2% der Gesamtfläche, das sind ca. 18000km², ausreichen, um mit Photovoltaikanlagen die von den deutschen Bürgern, das sind immerhin 82 Mio., benötigte elektrische Energie herzustellen.

Diese Fläche könnte auch ohne Neubauten abgedeckt werden. Diese Rechnung ergibt sich bei angenommenen Werten der Leistung der Anlagen (1KWp pro 10 m²) und des Strombedarfs Deutschlands (550 Mrd. kWh). Um die gesamte zur Verfügung stehende Energie (Primärenergie) mit Photovoltaikanlagen herzustellen, benötigte man bei denselben angenommen Werten (s. o.) und einem angenommenen Wirkungsgrad der Anlage von nur 8%, müsste man 13% der Fläche Deutschlands bedecken.

Je nach Lage sind dort ebenfalls die Preise sehr viel niedriger. Eine andere Möglichkeit wäre die Ausnutzung des nicht existierenden Stromnetzes in den Entwicklungsländern, in denen man die Dächer mit Photovoltaik bedecken könnte. Ebenfalls wäre aus europäischer Sicht die Erzeugung von Strom durch Photovoltaikanlagen in Nordafrika (bessere Wetterbedingungen) und dann einen Transport über Hochspannungsgleichstromübertragung nach Europa interessant.

Ein Nachteil daran sind allerdings die hohen Kosten für den Bau dieser Leitung und die Verluste von Strom durch die Entfernung der Kontinente.

Ein großes Ziel bei der Nutzung von Photovoltaik ist Grid Parity, auf Deutsch Netzgleichwertigkeit. Dies wird erreicht, wenn der durch Photovoltaikanlagen erzeugte Strom ähnliche Kosten wie Steckdosenstrom aufweist und wenn Photovoltaikstrom herkömmlichen Strom jederzeit ersetzen könnte, der Energiebedarf also komplett gedeckt werden kann.



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