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Energie Macht Schule

Photovoltaik

hier wird die Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt. Das griechische „photo“ steht für Licht. „Voltaik“ ist vom Namen des italienischen Physikers Alessandro Volta abgeleitet.

Eine Solarzelle besteht aus zwei unterschiedlichen Siliziumschichten: Eine negativ-leitende Schicht ist zum Beispiel mit Phosphor versetzt und besitzt ihre Leitfähigkeit überwiegend aufgrund frei beweglicher Elektronen. Die andere, positivleitende Schicht ist beispielsweise mit Bor versetzt und besitzt ihre Leitfähigkeit überwiegend aufgrund frei beweglicher "Löcher". Dies sind Elektronenfehlstellen, die als positiv geladene Ladungsträger anzusehen sind. Aufgrund dieser Struktur besitzen Solarzellen an der Grenze beider Schichten ein elektrisches Feld. Bei Lichteinfall auf die Solarzelle werden die Bindungselektronen freigesetzt. Das heißt, es werden Elektronen-Loch-Paare erzeugt, die durch das elektrische Feld zwischen n- und p-Schicht voneinander getrennt werden. Die Elektronen sammeln sich in der negativ-leitfähigen, die „Löcher“ in der positiv- leitfähigen Schicht. An den Anschlusskontakten einer Solarzelle entsteht so ein Mangel oder ein Überschuss an Elektronen, wodurch eine elektrische Gleichspannung entsteht. Die Solarzelle stellt damit ein elektrisches Mini-Kraftwerk dar.

 

Aufbau und Funktionsweise einer Solarzelle

Schaubild Aufbau und Funktionsweise einer Solarzelle

 

Theoretisch lassen sich mit Solarzellen beliebige Spannungen und Stromstärken erzielen. Man braucht nur die einzelnen Module ― wie bei Batterien ― entsprechend hintereinander oder parallel zu schalten. Eine Reihenschaltung führt zu einer höheren Spannung eine Parallelschaltung zu einer höheren Stromstärke.

Heute bestehen Solarzellen meist aus Silizium, dem mit rund 26 Prozent zweithäufigsten Element der Erdrinde. Silizium-Zellen werden aus monokristallinem, aber auch multikristallinem und dünnschichtigem Silizium hergestellt.

Obwohl mengenmäßig noch relativ unbedeutend, konnte die Photovoltaik in den vergangenen Jahren ein besonders rasantes Wachstum verzeichnen. Zum einen aufgrund der staatlichen Förderung, zum anderen sind die Anlagen einfach in der Handhabung und können auch von Privatleuten betrieben werden. Die Technik hat massive Fortschritte gemacht, was eine immer kostengünstigere Produktion ermöglicht.

Bis 2020 müssen 18 Prozent des deutschen Bruttoendenergieverbrauchs aus erneuerbaren Energien gedeckt werden. Das schreibt die „Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen“ aus dem Jahr 2009 vor. Auch für die anderen Länder macht die Richtlinie entsprechende Vorgaben. Für Schweden beispielsweise wurde der Zielwert für den Anteil von Energien aus erneuerbaren Quellen am Endenergieverbrauch auf 49 Prozent festgelegt, für Malta sind es dagegen nur zehn Prozent. Europaweit sollen so durchschnittlich 20 Prozent des Bruttoendenergieverbauchs aus erneuerbaren Quellen gedeckt werden.

Die Förderung erneuerbarer Energien liegt in der Verantwortung der einzelnen EU-Mitgliedstaaten. Entsprechend vielfältig sind die Fördersysteme. In den meisten Mitgliedstaaten, darunter auch Frankreich, Deutschland und Spanien, werden Einspeisevergütungen als Hauptinstrument zur Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen gesetzlich festgeschriebenen Preis, den die Stromnetzbetreiber an die Erzeuger von Ökostrom zahlen müssen.

Andere Länder setzen auf ein Quotensystem: Der Staat setzt eine Strommenge oder einen Stromanteil fest, den die Versorger aus erneuerbaren Quellen bereitstellen müssen. Das Erreichen dieser Quote kann, wie es in Großbritannien der Fall ist, durch die Vergabe von Zertifikaten kontrolliert werden, die auf dem Markt gehandelt werden. Steuerliche Anreize als hauptsächliche Form der Förderung werden nur in Finnland und Malta gesetzt. Neben anderen Fördersystemen existieren europaweit zudem Mischformen der verschiedenen Modelle.

Unterm Strich verursachen alle Fördersysteme für erneuerbare Energien zunächst Mehrkosten im Vergleich zur Stromerzeugung aus konventionellen Energien, den letztlich die Verbraucher bezahlen müssen. Treffen in einem Marktgebiet wie Europa mehrere Fördersysteme aufeinander, kann dies zu weiteren Kostensteigerungen führen. Laut einer Studie des Energiewirtschaftlichen Instituts an der Universität zu Köln aus dem Frühjahr 2010 führt die nationale Ausrichtung der Fördersysteme dazu, dass häufig Technologien an „suboptimalen Standorten“ realisiert werden: Es wird dort investiert, wo die Förderung am höchsten ist und nicht dort, wo die Kosten der Stromerzeugung am geringsten ausfalle.

 

Förderung erneuerbarer Energien in Europa

Schaubild Förderung erneuerbarer Energien in Europa