Der Wirkungsgrad von Solarzellen ist mit rund 20% relativ gering, es müssten große Mengen an Solarpaneele in sonnenreichen Umgebungen installiert werden, um die großen Energiemengen zur Verfügung zu stellen, die von den Verbrauchern benötigt werden.
Diese Frage müssen wir auch genau genommen eigentlich anders stellen. Energie kann nicht erzeugt werden, nur umgewandelt. Daher richtig: Kann man mit Solarzellen genug Sonnenenergie in elektrische Energie für alle umwandeln?
Wikipedia Stichworte: Solarenergie, Solarzelle, Brennstoffzelle, Wirkungsgrad
Solarzellen sind großflächige Fotodioden, die Lichtenergie (in der Regel Sonnenlicht) in elektrische Energie umwandeln. Dies geschieht unter Ausnutzung des photoelektrischen Effekts (Fotovoltaik).
Solarzellen sind Halbleiter aus Silizium, die durch “Verunreinigungen” (Dotierung mit anderen Elementen) in zwei unterschiedliche Gebiete geteilt werden. Bei andauernder Bestrahlung der Solarzelle entsteht zwischen den beiden unterschiedlich dotierten Schichten ein elektrisches Feld, das eine Spannung in der Größenordnung von 0, 5 V hervorruft.
Eine Solarzelle wandelt Licht direkt in elektrische Spannung bzw. elektrische Stromstärke um.
Unabhängig von der Fläche erzeugt die Solarzelle 0, 5 Volt Spannung. Für höhere Spannungen müssen Solarzellen in Serie geschaltet werden (wie zum Beispiel bei Batterien). Die Stromstärke hängt von der bestrahlten Fläche ab, je größer die Fläche desto größer die Stromstärke. Dafür werden Solarzellen parallel geschaltet.
Spannung und Stromstärke hängen von der eingestrahlten Sonnenleistung ab. Je stärker die Sonne scheint, desto stärker der Strom. Der Wirkungsgrad der Solarzelle beträgt rund 20%.
Probleme:
geografische Breite
Solarzellen brauchen große Flächen
Im Winter 150 Wh/m2 pro Tag
Im Sommer 10 Wh/m2 pro Tag (je senkrechter die Strahlen desto besser)
In Österreich gibt es im Durchschnitt ca. 1000 Sonnenstunden im Jahr.
Es kann damit = 1000 kWh /m2 pro Jahr erzeugt werden.
Hier Beispiel anhand eines Haushaltes:
Ein Einfamilienhaus benötigt ca. 5000 kWh pro Jahr.
Wieviel m2 Solarzellen werden gebraucht?
Mindestens 25m2 – weil der Wirkungsgrad rund 20% ist.
Bedingungen dafür: die Solarzellen müssen in den Süden zeigen, schattenfrei sein, im Winter muss die Fläche größer sein.
Mit Sonne kann aber auch Wasser erhitzt werden – da wären dann völlig andere Wirkungsgrade zu berücksichtigen, weil das Prinzip der Energieumwandlung auf anderen Grundlagen beruht.
Eine weitere Alternative zur Energiebereitstellung: Die Brennstoffzelle
Eine andere Form der Verwertung von Solarenergie sind Brennstoffzellen. In der Brennstoffzelle wird direkt durch langsame Oxidation elektrische Energie gewonnen.
Ökologisch besonders bedeutsam ist die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle. Wasserstoff kann durch Einsatz erneuerbarer Energien gewonnen werden, während der Sauerstoff aus der Erdatmosphäre zugeführt werden kann. So kann zum Beispiel Solartechnik genutzt werden, um den Wasserstoff mittels Elektrolyse aus Wasser zu gewinnen. Damit ist dieser Energiewandler einer der Hoffnungsträger für eine nachhaltige Energieerzeugung.
Wasserstoff ist also nicht, wie teils irreführend dargestellt, eine Energiequelle, sondern, wie Strom, ein sekundärer Energieträger. Die Umwandlung von Primärenergie in Wasserstoff ist aber effizienter als die Umwandlung von Primärenergie zu Strom. Das ist einer der Gründe, weshalb eine solare Wasserstoffwirtschaft der heutigen Energiewirtschaft ökonomisch überlegen ist. Eine solare Wasserstoffwirtschaft ist überdies emissionsfrei und klimaneutral.
Fazit: Die Energieversorgung mit solarer Energie sind derzeit nur für Kleinanwendungen machbar, zum Beispiel für einen Campingbus, Almhütten, auf Autobahnen als Signalgeber, Litfasssäulen. Großtechnisch sind Solarzellen nicht geeignet.
Quelle: Wikipedia.
