Energie aus Sonne und Sand
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anonim
Mit dem Abnehmen der Reserven von Öl, Erdgas und Kohle wird das Problem der Energieerzeugung immer dringender. Jedoch verfügt die Erde über eine praktisch unendliche, bisher wenig ausgewertete Energiequelle: die Sonnenenergie . Es stellt sich die Frage, wie das Licht in elektrischen Strom umgewandelt werden kann.
Eine Antwort auf diese Frage ist die Photovoltaik, eine Technologie, die ohne Zwischenstufen Licht in Strom umwandelt. Die dabei verwendeten Solarzellen bestehen aus 10 x 10 cm großen Siliziumplättchen. Der Vorteil dieses Halbmetalls ist, dass es in großen Mengen in der Erdkruste vorkommt: es ist, nach Sauerstoff, das häufigst vorkommende Element, und zwar wird das Silizium als Rohstoff für die Solarzellen aus dem hellen Quarzsand gefördert. Eine Anzahl solcher Solarzellen, in Serie geschaltet und wetterfest verpackt, bilden dann Solarmodule, die eine Lebensdauer von etwa 20 Jahren haben und eine Höchstleistung von 40 Watt, bei einer Größe von 30,5 cm x 122 cm .
Solarzellen mit kristalliner Struktur aus monokristallinem oder polykristallinem Silizium, wandeln 10-12 % der Lichtenergie in elektrische Energie um und weisen eine hohe Stabilität auf.
In Japan wird eine neue Generation von Solarzellen erforscht, und zwar sind es hauchdünne Siliziumfilme ohne kristalline Struktur, mit einem Wirkungsgrad von etwa 5 %.
Die Technologie für das Herstellen dieser Solarzellen ist weniger kompliziert und daher billiger. Das Erreichen einer höheren Stabilität solchen Solarzellen ist noch Forschung der Wissenschaftler.
Das Prinzip der Solarzellen beruht gleich jenem der Transistoren und anderer Bauelemente der Mikroelektronik auf dem p-n Übergang. Das Siliziumplättchen besteht aus zwei Schichten mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften: eine n - Schicht, in der sich mehrere Elektronen zwischen den Atomen des Kristallgitters bewegen und eine p - Schicht, mit einer entsprechenden Menge positiver Ladungsträger, die sogenannten Löcher. Zwischen diesen Schichten bildet sich eine elektrische Barriere, welche die Elektronen nur im entgegengesetzten Richtungssinn durchlässt, aus dem p - Teil in den n - Teil .
Die einfallenden Lichtteilchen (Photonen) bewirken, dass eine große Menge Elektronen aus ihren Bindungen gelöst wird. Es entsteht also eine Spannung an der Barriere, und über Metallkontakte kann Strom entnommen werden, der mit Hilfe von Invertern an das Stromnetz angepasst wird. Die erhaltene Solarenergie kann in Redox-Flow-speichern gesammelt werden.
