Wie funktioniert eine Solaranlage?
Unter Photovoltaik versteht man die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom mittels einer Solaranlage. Solar ist dabei nicht anderes als die lateinische Bezeichnung für Sonne. Solaranlagen bestehen aus kleinen Solarzellen. Diese müssen aus einem bestimmten Material sein, dass man Halbleiter nennt. Die meisten modernen Solarzellen sind aus Silizium. Das einfallende Licht löst dabei Elektronen aus dem Siliziumkristallgitter, die nun in der Lage sind, einen elektrischen Strom zu erzeugen.
Da bei reinem Silizium die Elektronenausbeute sehr gering ist, wird es mit Fremdatomen, meist aus der fünften Hauptgruppe des Periodensystem verunreinigt. Das funktioniert, da die Elemente der fünften Hauptgruppe wie beispielsweise Phosphor fünf Randelektronen besitzen. Da ein Atom nur vier Stück für die Bindungen mit dem Nachbaratomen benötigt, bleibt so eines zum Stromtransport übrig, was sehr leicht aus dem Atomgitter lösbar ist. Natürlich können unterschiedlichste Materialien verwendet werden, die nach dem gleichen Prinzip funktionieren, nur mit anderen Wirkungsgraden. Ein Spannungsunterschied, den grob gesagt die unterschiedliche Verunreinigung der Materialien auslöst, führt dann schließlich zu einem Stromfluss. Es ist im Prinzip die umgekehrte Variante einer LED.
Ein weiterer Nutzungsbereich der Solarenergie ist die Solarthermie. Die Kollektoren werden dann von einem Wasser-Frostschutzmittelgemisch durchflossen, dass mit dem zentralen Wärmespeicher des Hauses verbunden ist. Das Gemisch nimmt dann die Sonnenenergie auf und fließt durch wärmeisolierte Rohre, um möglichst wenig Verlust zu haben. Dadurch kann die Wärme abtransportiert werden und dem Wasserkreislauf im Haus zugeführt werden.
Wo können Solarzellen eingesetzt werden?
Solarzellen finden Verwendung vor allem in privaten Haushalten, in großen Solarparks oder auf Autos und Flugzeugen als Treibstofflieferant für Elektromotoren. In den Solarkraftwerken werden große Flächen mit Solarzellen bestückt, die dem Sonnenverlauf und der Sonnenstandshöhe mitgeführt werden, da die Ausrichtung entscheidend für den Wirkungsgrad ist, und wie jedes andere Kraftwerk auch Strom für das öffentliche Stromnetz produzieren. Auf privaten Haushalten werden Solarzellen häufig auf dem Hausdach angebracht. Die Solarthermie findet auch oft auf Hausdächern statt, da so ein großer Teil der Heizkosten eingespart werden kann.
Wofür setzt man Solarzellen ein?
Solarzellen auf Privathaushalten können direkt an den Verbraucher angeschlossen sein, und der erzeugte Strom wird sofort genutzt. Auch kann man einen Akku aufladen und so einen Teil des Stromes speichern, für den Zeitpunkt in dem man ihn benötigt, u. a. auch nachts. Oder er wird über einen so genannten Wechselrichter in das öffentliche Stromnetz eingespeist, der den Gleichstrom aus den Zellen in einen Wechselstrom wandelt.
Vorteile der Solarenergie
Der große Vorteil der Photovoltaik-Anlagen und des Themas Solar ist die Umweltfreundlichkeit. Zum einen wird Strom erzeugt, ohne dabei Treibhausgase zu produzieren und zum anderen ist die Herstellung von Solarzellen extrem komfortabel, da Silizium praktisch in unbegrenzter Menge auf dem Erdball vorkommt, z.B. als Siliziumoxid, das man umgangssprachlich Sand nennt.
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