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Wie wird aus Sonnenlicht Strom?

Die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie.

Die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie nennt man kurz Photovoltaik. Verwendet werden dafür Solarzellen, die man heute schon auf vielen Dächern sehen kann.

Was ist eine Solarzelle und wie wandelt sie Sonnenenergie direkt in elektrische Energie um?

Zum überwiegenden Teil werden Solarzellen heute aus Silizium hergestellt. Ein chemisches Element, das auf der Erde in sehr großen Mengen vorkommt, unter anderem gebunden in Sand und Kieselsteinen. Das Silizium muss zunächst in aufwändigen chemischen Prozessen aus diesen Verbindungen herausgelöst werden. Aus großen Blöcken werden etwa 0,2 mm dicke und 10×10 cm2 große Scheiben gesägt. Weitere, teilweise sehr komplizierte Prozessschritte sind nötig, um daraus eine Solarzelle werden zu lassen. Das Silizium wird gezielt in dünnen Schichten mit anderen Materialien „verunreinigt“, es werden elektrische Kontakte und schließlich eine Entspiegelungsschicht aufgebracht.

Warum Silizium?

Silizium ist ein so genannter Halbleiter, d.h. es leitet den elektrischen Strom nur unter bestimmten Bedingungen. Es ist also kein Metall wie z.B. Kupfer, das den elektrischen Strom sehr gut leitet, es ist aber auch kein Isolator wie viele Kunststoffe, die den elektrischen Strom nicht leiten.

Silizium wird zu einem elektrischen Leiter, wenn es mit Sonnenlicht bestrahlt wird. Durch die Sonnenstrahlung werden in Silizium Elektronen, die elektrische Ladung tragen und im Normalzustand fest gebunden sind, „befreit“ und können sich plötzlich frei bewegen. Bewegte elektrische Ladung bedeutet elektrischen Strom. Damit sich die Elektronen aber tatsächlich bewegen, benötigt man einen Antrieb, ein elektrisches Feld. Genau das entsteht im Inneren des Materials durch die erwähnten Prozessschritte und treibt damit den Strom an.

Leider kann die Sonnenstrahlung nur teilweise genutzt werden und zwar vor allem der Teil, den wir mit unseren Augen sehen und als „Licht“ bezeichnen. Einen großen Teil der Strahlung, die Infrarotstrahlung, sehen wir nicht, wir spüren sie nur als Wärme. Diese Wärmestrahlung kann die Solarzelle nur wenig nutzen, sie ist nicht energiereich genug, um Elektronen im Silizium loszulösen. Das ist ein wesentlicher Grund dafür, dass man die von der Sonne gelieferte Energie nur teilweise als elektrische Energie gewinnen kann. Selbst gute Solarmodule liefern nur etwa 15% der eingestrahlten Sonnenenergie als elektrische Energie.

Diese und andere Fragen werden in weiteren Beiträgen ähnlicher Art beantwortet und in lockerer Reihenfolge hier in den Teninger Nachrichten veröffentlicht.

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