Solartechnik im Fokus

Inhaltsverzeichnis

1. Erneuerbare Energien nutzen
2. Was ist Solartechnik?
3. Wie funktionieren PV-Anlagen?
4. Wie ist eine Solarzelle aufgebaut?
5. Verwendungsmöglichkeiten von Solarenergie
6. Wie sieht die Zukunft der Solartechnik aus?
7. Bürklin Elektronik: Anbieter und Nutzer von Solartechnik

Erneuerbare Energien nutzen

Im Hinblick auf die fortschreitende Energiewende wird der Wechsel von fossilen Energieträgern zu erneuerbaren Energien immer bedeutender. Strom aus nachhaltigen Energiequellen wie Wasser, Wind oder Sonnenlicht ist bereits seit einigen Jahren fester Bestandteil der Energieerzeugung.

Was ist Solartechnik?

Kurz gesagt: Solartechnik nutzt die Kraft der Sonne. Verschiedene technische Hilfsmittel und Einrichtungen nutzen die Sonneneinstrahlung, um damit kostenlos und umweltfreundlich Energie zu erzeugen – in der Regel in Form von elektrischem Strom oder Wärme.

Wichtig: Auch wenn Solarenergie an sich kostenfrei ist, fallen für die Installation und den Unterhalt der Solaranlage natürlich Kosten an. Da das Energieangebot durch das Nutzen der Sonne sowohl tages- wie auch jahreszeitlichen Schwankungen unterliegt, ist die Energiespeicherung ein wichtiger Bestandteil von Solartechnik.

Wie funktionieren PV-Anlagen?

Photovoltaik ist eine Möglichkeit der Energiegewinnung beziehungsweise eine Methode, Solarenergie nutzbar zu machen. Das Wort Photovoltaik (= kurz PV) setzt sich aus dem griechischen Wort für „Licht“ (= photos) und dem für die Maßeinheit der elektrischen Spannung – Volt – zusammen.

Die Solartechnik basiert auf der Fähigkeit bestimmter Materialien, Licht in Strom umzuwandeln. Bereits 1839 beobachtete der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel den photoelektrischen Effekt. Dieser lässt sich in drei verwandte Prozesse unterteilen: den äußeren photoelektrischen Effekt, den inneren photoelektrischen Effekt und die Photoionisation.

Der innere photoelektrische Effekt ist weiter unterteilbar in die Photoleitung und den photovoltaischen Effekt, der die Umwandlung von Licht in elektrische Energie ermöglicht.

Wie ist eine Solarzelle aufgebaut?

Eine Solarzelle besteht aus drei Schichten: Den Hauptbestand bilden zwei Silizium-Schichten. Eine n-dotierte Schicht (beispielsweise wird der Schicht Phosphor zugefügt) und eine p-dotierte Schicht (mit Bor versetzt) – dem gleichen Grundmaterial, aus dem auch Transistoren und Dioden bestehen. Das chemische Element „Si“ verfügt über vier Elektronen.

Dem oberen Teil der Silizium-Zelle wird Phosphor beigefügt. Dieses chemische Element besitzt fünf Elektronen. Ein Elektron des Phosphor-Atoms ist „zu viel“ und frei beweglich. In der unteren Solarzellen-Schicht wird das Bor eingefügt. Dieses Element hat drei Elektronen und damit eine freie Andockstelle für ein Elektron – diese freie Stelle wird auch als „Loch“ bezeichnet.

Das Elektron des Phosphor-Atoms kann nun zum Bor wandern. Das geschieht so lange, bis alle Elektronen gleichermaßen verteilt sind. Ist das der Fall, bildet sich im Silizium der Solarzelle die dritte Schicht, in der alle ausgeglichenen Bor-Atome zu finden sind. Diese nennt sich Grenzschicht. Durch die Bewegung der einzelnen Elektronen wird elektrische Ladung erzeugt. Es kommt aufgrund der Bewegung und Verteilung der Elektronen zur Ausprägung zweier Pole. Einem Plus- und einem Minus-Pol.

Verschiedene Arten von Solarzellen und ihre Funktionsweise

Neben den herkömmlichen Silizium-basierten Solarzellen gibt es eine Vielzahl anderer Typen, die sich in Material, Aufbau und Effizienz unterscheiden. Zu den bekanntesten gehören:

• Monokristalline Solarzellen: Diese bestehen aus einem einzigen, hochreinen Siliziumkristall. Sie sind besonders effizient bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom und erkennbar an ihrer gleichmäßigen Farbe und den abgeschrägten Kanten. Monokristalline Zellen sind aufgrund ihrer hohen Effizienz für Raumfahrtanwendungen prädestiniert.
• Polykristalline Solarzellen: Im Gegensatz zu monokristallinen Zellen bestehen diese aus mehreren, miteinander verbundenen Siliziumkristallen. Sie sind günstiger in der Herstellung, haben aber eine etwas geringere Effizienz.
• Dünnschicht-Solarzellen: Diese Zellen werden durch das Aufdampfen von photovoltaischem Material auf ein Substrat hergestellt. Sie sind flexibler und leichter als kristalline Zellen, weisen jedoch eine niedrigere Effizienz auf. Zu den Materialien gehören unter anderem Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS). Dünnschichtzellen sind aufgrund ihrer Flexibilität und des geringeren Gewichts für tragbare Geräte oder unebene Oberflächen gut geeignet sein.
• Organische Photovoltaikzellen (OPV): OPV-Zellen nutzen organische Moleküle oder Polymere zur Lichtabsorption und Energieumwandlung. Sie bieten Vorteile in Bezug auf Gewicht, Flexibilität und Transparenz, befinden sich jedoch noch in einem frühen Stadium der kommerziellen Entwicklung.
• Perowskit-Solarzellen: Diese Zellen verwenden Perowskit-Strukturen – eine besondere Art von Kristall – und sind bekannt für ihre hohe Effizienz und einfache Herstellung. Sie gelten als vielversprechende Alternative zu traditionellen Solarzellen, stehen aber noch vor Herausforderungen hinsichtlich ihrer Langzeitstabilität und Umweltverträglichkeit.

Verwendungsmöglichkeiten von Solarenergie

Die Sonne ist eine unbeschränkte Ressource und Energiequelle. Doch wie funktioniert eigentlich die Technik, die mit Solarenergie arbeitet? In folgenden Bereichen wird die Kraft der Sonne genutzt:

Stromproduktion durch Photovoltaik

Solarzellen wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Diese kann entweder im privaten Haushalt verbraucht oder in öffentliche Stromnetze eingespeist werden. Die Funktionsweise ist im Prinzip des photoelektrischen Effekts begründet. Demnach besitzt Halbleitermaterial unter Lichteinfluss eine höhere elektrische Leitfähigkeit.

Solarthermie

Die Solarthermie beschäftigt sich mit der Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme – sowohl zum Zweck der Trinkwassererwärmung als auch zur Unterstützung des Heizsystems.

Anstelle der Solarzellen oder -module werden Solarkollektoren auf das Dach montiert. Durch den Glashauseffekt wird die sogenannte Wärmeträgerflüssigkeit erhitzt und fließt durch den beschichteten Absorber. Die erzeugte Wärme wird zum Wärmetauscher oder Speicher weitergeleitet.

Solararchitektur

Um die Energieeffizienz von Gebäuden zu steigern, kann Sonnenenergie auch bautechnisch ganz gezielt genutzt werden: Beim solaren Bauen werden die natürlichen Ressourcen des Standortes bestmöglich in die Planung integriert. Ergebnis ist ein sogenanntes Solarhaus oder Sonnenhaus.

Wie sieht die Zukunft der Solartechnik aus?

Im Hinblick auf die neueste Solartechnik wichtig zu wissen: Je mehr sich die relevanten Technologien entwickeln, desto effektiver wird auch Solartechnik – was sowohl die Eigenschaften der Produkte wie auch die Kosten betrifft. Die Nutzung erneuerbarer Energien wird zukünftig in immer mehr Bereichen Anwendung finden. Sie verdrängt bisher genutzte Formen der Energiegewinnung nach und nach, wie etwa jene auf Basis von Gas oder Öl.

Bereit für eine Zeitreise? Nachfolgend finden Sie fünf Beispiele, wie die Zukunft der Solartechnik aussehen könnte:

1. Transparente Solarzellen: Weitgehend durchsichtig machen transparente Solarzellen das Anwendungsspektrum nicht nur größer, sondern auch attraktiver. Einsatzbereiche wären der Bildschirm eines Smartphones oder die Windschutzscheibe eines Autos.
2. Organische Solarzellen: Auf Kohlenstoffbasis gefertigt, sind organische Solarzellen beweglich und dadurch vielfältig einsetzbar. Zum Beispiel für Textilien oder Accessoires, aber auch für Fenster.
3. Biogene Solarzellen: Eine Lösung, die auch bei geringer Sonnenstrahlung funktioniert, wären biogene Solarzellen aus lebenden Organismen. Ihre Entwicklung steht allerdings noch ganz am Anfang.
4. Solarstraßen:  In China, Frankreich, den Niederlanden und den USA werden Solarstraßen mit ersten erfolgversprechenden Anwendungen auf Parkplätzen erprobt.
5. Solar-Dachziegel: Reduzierung des CO2-Ausstoßes, steuerliche Vorteile und eine niedrigere Stromrechnung – wie hochmoderne Solarpaneele überzeugen auch die Solar-Dachziegel der Zukunft mit diesen Vorteilen. In der Optik schlagen sie aktuelle Produkte allerdings um Längen.

Bürklin Elektronik: Anbieter und Nutzer von Solartechnik

Wir wissen, wovon wir sprechen! Getreu diesem Motto leistet Bürklin Elektronik mit seiner auf dem Firmendach installierten Solaranlage ebenfalls einen Beitrag zur Energiewende. Die 2.640 Solarmodule (à 275 Wp bei 992x1650x32 mm pro Modul) erwirtschaften einen Jahresertrag von 950 kWh/kWp.

Aufgrund der eigenen positiven Erfahrungen freut sich Bürklin Elektronik, seinen Kunden auch ein umfangreiches Sortiment zum Bau (Solarzellen, Kabel, Steckverbinder und Kupplungen), zum sicheren Betrieb (Solar-Sicherungen) und zum Monitoring (z. B.: Bezugs- und Einspeisezähler) von Photovoltaikanlagen anbieten zu können. Werfen Sie gleich einen Blick in den Onlineshop!