Fotovoltaik

Was ist Fotovoltaik?

Die Sonne ist die größte uns verfügbare Energiequelle. Ihre Einstrahlung auf die Erde kann mit Hilfe von Fotovoltaik oder Solarthermie zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden. Solarstrom gilt als umweltfreundliche Technologie ohne direkte CO2-Emissionen. Außerdem währt die Strahlung der Sonne nach menschlichem Maß ewig, Solarenergie fällt damit unter die Erneuerbaren Energien.

Fotovoltaik wandelt die Energie der Sonneneinstrahlung in elektrische Energie um. Dies geschieht heute entweder in Anlagen bis 10 kW Spitzenleistung, die bereits auf vielen Dächern in Deutschland zu finden sind, oder mittels größerer Anlagen, die großflächig auf Dächern oder Freiflächen die Sonneneinstrahlung auffangen. Solche Großanlagen können eine Spitzenleistung von gegenwärtig bis zu 46 MW erlangen, wie das größte Fotovoltaik-Kraftwerk der Welt in Portugal. Die drittgrößte Anlage der Welt, zugleich die größte in Deutschland, steht auf einem Militärflughafen bei Leipzig. Ihre Leistung beträgt 40 MW, ihre Investitionssumme lag bei 130 Mio. Euro.

Da die Sonne nicht kontinuierlich und nicht genau vorhersagbar scheint, wird mit dem Ausbau der Solarenergie die Frage der Energiespeicherung immer wichtiger. Denn ähnlich wie Windkraft ist Fotovoltaik ohne Speichermöglichkeit weder grundlastfähig noch spitzenlastfähig.

International hat Deutschland eine führende Stellung in der Nutzung von Fotovoltaik inne. Dezentrale Fotovoltaik-Anlagen und größere Fotovoltaik-Kraftwerke verfügen Anfang 2010 über eine installierte Gesamtleistung von beinahe zehn Gigawatt (zehntausend Megawatt).

Momentan ist der Preis von Solarstrom aus Fotovoltaik aufgrund hoher Investitionssummen pro installierter Leistung in kW und der relativ niedrigen Volllaststundenzahl – also der Zahl der Stunden pro Jahr, in denen eine Fotovoltaik-Anlage volle Leistung bringt – noch nicht voll konkurrenzfähig. Wirtschaftlich attraktiv können Fotovoltaik-Anlagen nach gegenwärtigem Stand der Technologie nur aufgrund der hohen Subventionen arbeiten, die im Erneuerbare-Energien-Gesetz festgeschrieben sind. Verschiedene Prognosen gehen aber davon aus, dass Strom aus Fotovoltaik in Zukunft erheblich günstiger werden wird.

Aufgrund der vorwiegend ökonomischen Hürden liegt der Anteil von Solarstrom im relativ sonnenarmen Deutschland bei gegenwärtig etwa einem Prozent (in Bayern bei 3%), mit voraussichtlich aber deutlich steigender Tendenz bis 2050. Nach einem Szenario des wissenschaftlichen Beirats der Bundesregierung von 2003 kann Solarenergie (Fotovoltaik und Solarthermie) im Jahr 2100 ca. sechzig Prozent des Primärenergieverbrauchs der Welt ausmachen - Solarstrom über Fotovoltaik kann langfristig zu einer sehr wichtigen Säule der Stromversorgung der Zukunft werden

Wie funktioniert eine Fotovoltaik-Anlage?

Die Umwandlung der Solarenergie in elektrische Energie geschieht in einer Fotovoltaik-Anlage direkt. Fotovoltaik nimmt dabei gegenüber dem klassischen Fall von Wärmekraftwerken, die die Energie mehrfach wandeln müssen, eine Sonderstellung ein. Der Wirkungsgrad variiert zwischen Fotovoltaikanlagen stark, bis 40% sind gegenwärtig möglich. Dieser Wert soll durch Materialforschung jedoch noch deutlich verbessert werden.

Fotovoltaikanlagen bestehen aus Solarzellen, die vor allem aus halbleitendem Silizium gebaut sind. Funktionsprinzip ist der „fotovoltaische Effekt“: Durch Lichteinstrahlung wird ein Spannungsgefälle hervorgerufen, das zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden kann. Solarzellen erzeugen aus Tageslicht zunächst Gleichstrom. Mit Hilfe eines Wechselrichters kann dieser in Wechselstrom umgewandelt werden und dann direkt in das Stromnetz eingespeist oder gespeichert werden.

Vor- und Nachteile auf einen Blick

Vorteile
  • Die Sonne ist ein für Milliarden Jahre nicht versiegender Energiequell.
  • Die Nutzung von Sonnenenergie verursacht keine direkten Emissionen, hat geringen Flächenbedarf und so gut wie keine negativen Umwelteinflüsse.
  • Fotovoltaik hat wegen ihrer weitgehenden Freiheit von Risiken und negativen Umwelteinflüssen und ihrer Möglichkeit zum dezentralen Einsatz eine relativ hohe gesellschaftliche Beliebtheit, die allerdings gegenwärtig noch vom hohen Strompreis begrenzt wird.
  • Fotovoltaik hat keine Brennstoffkosten.
Nachteile
  • Hauptnachteil ist die Wirtschaftlichkeit: Strom aus Fotovoltaik ist gegenwärtig teuer. Nach der Erneuerung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes 2009 wird die Kilowattstunde aus Fotovoltaik mit ca. 30 Cent vergütet.
  • Strom aus Sonnenergie ist ohne Speicher weder grundlast- noch spitzenlastfähig. Größere Fotovoltaikkraftwerke sind auf Speichertechnologien und moderne Netze angewiesen. Gegenwärtig beträgt der Anteil der mit Fotovoltaik-Anlagen erzeugte Strom in Deutschland trotz hoher Investitionen und Subventionen nur ein Prozent.
  • Es gibt eine minimale Chance, dass Fotovoltaik-Anlagen bei Überanspruchung Feuer fangen und etwa zu einem Hausbrand führen können. Fälle von Bränden kamen etwa 2009 in die Medien.
Fotovoltaik vernetzt gedacht

Hätten alle Dächer in Deutschland Fotovoltaik-Anlagen, könnte der größte Teil des Strombedarfs autark (ohne fremde Hilfe), dezentral (nicht zentral im Kraftwerk, sondern dezentral auf dem eigenen Hausdach) und umwelt- und klimaschonend bereitgestellt werden.

Zu nationaler Berühmtheit haben es kürzlich Solar-Parkscheinautomaten wie etwa in Heidelberg gebracht. Alle Automaten der Stadt sind mit eigenen Solarzellen ausgestattet und versorgen sich selbst mit Strom. Wenn das schon für eine Parkuhr im sonnenarmen Deutschland gelingt, was ist dann noch alles möglich?

Das Dreisam-Stadion in Freiburg im Breisgau ist das bundesweit erste Stadion, das seinen Strom autark mittels Fotovoltaik erzeugt.

2009 brannte die weltweit größte auf einem Dach montierte Fotovoltaik-Anlage auf einer Halle im hessischen Bürstadt ab. Sie hatte die Größe von acht Fußballfeldern und nach Presseberichten 23 Millionen Euro gekostet. Die Gemeinde bezieht ihren Strom seitdem wieder vom nahen Atomkraftwerk Biblis. Das Risiko von Hausbränden aufgrund einer überhitzten Fotovoltaik-Anlage gilt aber als sehr gering und weitgehend kontrollierbar.

"Solarenergie" steckt auch in anderen Energieformen: Auch Windenergie kann als eine abgeleitete Form der Solarenergie beschrieben werden, da die Bewegung von Luftmassen von Erdumdrehung und Sonneneinstrahlung hervorgerufen wird. Die Energie von Biomasse ist eigentlich weitgehend auch organisch gespeicherte Sonnenenergie. Umgekehrt ist Solarenergie physikalisch Fusionsenergie.

Verknüpfung zum Spiel

Fotovoltaik kann in Energetika auf zwei voneinander unabhängige Weisen genutzt werden. Beide sind über das Forschungs- und Entwicklungsmenü wählbar. Zum einen kannst Du den „Ausbau Fotovoltaik“ erforschen, was dazu führt, dass mehr und mehr Bürgerinnen und Bürger dezentrale Fotovoltaik-Anlagen auf den Dächern ihrer Häuser installieren. Dies führt zu einer spürbaren Verringerung des Strombedarfs, den du mit deinem übrigen Kraftwerkspark abdecken musst.

Außerdem kannst du in den kompletten Forschungsstrang „SOLTEC“ investieren. Hier wird voll auf solartechnische Großanlagen gesetzt, zum einen ein großes solarthermisches und internationales Kraftwerk in der Wüste außerhalb von Energetika, zum anderen in den Ausbau Fotovoltaischer Großkraftwerke. Beide Säulen werden in dem SOLTEC-Projekt zusammengefasst. SOLTEC kann in drei Stufen ausgebaut werden und liefert entsprechend jeweils mehr Strom zu gleichzeitig verbesserten Bruttopreisen. Wenn es Dir gelingt, die dritte Ausbaustufe von SOLTEC zu erforschen, stellt Solarenergie einen überaus großen Anteil am Strommix von Energetika: Die Zukunft kann sonnig werden.



Weiterführende Links

Homepage des Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme:
http://www.ise.fraunhofer.de/

Homepage des Bundesverbands Solarwirtschaft:
http://www.solarwirtschaft.de/

Portal Solarenergie der Agentur für Erneuerbare Energien:
http://www.unendlich-viel-energie.de/de/solarenergie.html

Portal für Fotovoltaik am Bau:
http://www.solarserver.de/

Artikel aus der Zeit zu Akzeptanzproblemen selbst der Solarenergie:
http://www.zeit.de/2004/25/E-Anti_Solar

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