Energiegewinnung über Sonnenstrahlung

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Während bei der Wasserkraft und der Windkraft die Energie des Mediums erst in mechanische und dann in elektrische Energie umgewandelt wird, beruht das Prinzip der Fotovoltaik auf der Ladungstrennung. Die Energieübertragung findet durch das Licht der Sonne statt. Wir spüren diese Energie wenn Sonnenstrahlen unsere Haut berühren und Wärme erzeugen. In einem Halbleiter reicht diese Energie aus um Elektronen in der äußersten Schale eines Atoms anzuregen und auf ein höheres Energieniveau zu heben. Dadurch entstehen freie Elektronen, was wir heute als elektrischen Strom bezeichnen.

Die Summe der im Sonnenlicht enthaltenen Energie besteht allerdings aus unterschiedlichen Wellenlänge. Einige dieser Wellenlänge besitzen eine zu geringe Energie, so dass angeregte Elektronen nicht den freien Zustand erreichen sondern wieder auf die letzte Schale gelangen. Dadurch sinkt der Wirkungsgrad einer Fotovoltaikzelle. Weitere Minderungen werden durch Reflexion hervorgerufen. Ein typischer Zellenwirkungsgrad liegt heute bei 15 bis 20 %.

Der Vorteil der Sonnenergie ist ihre sehr gute Prognostizierbarkeit. Für einen wolkenlosen Tag kann man sehr genau die stündliche Einspeisung eines Moduls berechnen. Des Weiteren folgt die Einspeisungskurve der Fotovoltaik dem Verbraucherlastgang (abends und morgens wenig, mittags viel Energiebedarf). Allerdings besitzt die Fotovoltaik auch zwei entscheidende Herausforderungen. Zum einen kann in der Nacht keine Stromproduktion erfolgen und zum Zweiten werden im I und IV Quartal eines Jahres nur ca. 25 % der Jahreserzeugung generiert. Daher ist die Fotovoltaik nur im Verbund mit anderen Erneuerbaren Energieformen optimal einsetzbar.

Im Jahr 2007 erzeugten die ca. 3,8 GW Installation der Fotovoltaik ca. 3,5 TWh, was an einen Anteil von ca. 0,7 % des deutschen Strombedarfs entspräche!