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Photovoltaik

Die Photovoltaik beschreibt die Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie. Für diesen Prozess wird Sonnenenergie genutzt. Die Sonnenenergie, die durch die Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche trifft, macht einen Großteil des Primärenergievorkommens aus. Die Sonnenstrahlen werden von Solarzellen aufgefangen, die über Solarmodule in Photovoltaikanlagen elektrischen Strom erzeugen. In der Photovoltaik wird nach dem Prinzip des photoelektrischen Effekts Strom erzeugt. Dieser besteht darin, dass nicht-oxidierte metallische Oberflächen bei Bestrahlung mit Licht Elektronen abgeben, also Strom erzeugen. Mit welcher Geschwindigkeit die freigesetzten Elektronen fließen hängt dabei nicht von der Strahlungsintensität ab, sondern von der Strahlungsart, also von der Frequenz der genutzten Strahlen.

Der photoelektrische Effekt wurde bereits 1839 durch den Physiker Becquerel entdeckt. Für die endgültige Erklärung des in der Photovoltaik genutzten Photoeffektes erhielt Albert Einstein 1921 den Nobelpreis. Praktischen Einsatz fanden die Siliziumzellen, die den Photoeffekt zur Stromerzeugung nutzen können, in den Fünfziger Jahren in der Satellitentechnik und in den Folgejahrzehnten in der Raumfahrt. Vor dem Hintergrund der Energiekrise werden auf der Suche nach Alternativen zum Rohöl und anderen fossilen Brennstoffen seit den Siebziger Jahren zunehmend Sonnenkollektoren zur Strom- und Warmwasserversorgung eingesetzt.

Die Energieerzeugung über die Photovoltaik ist aufgrund der Wetterabhängigkeit nicht so konstant wie bei anderen Energieformen. Der Wirkungsgrad ist jedoch überdurchschnittlich hoch und es fallen keinerlei Abfallprodukte bei der photovoltaischen Energieerzeugung an. Der Staat fördert die Photovoltaik wie auch andere regenerative Energien durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz mit dem Ziel, den Klimaschutz voranzutreiben.

In der organischen Photovoltaik werden Solarzellen nicht auf Siliziumbasis produziert, sondern unter Verwendung organischer Kunststoffe. Organische Solarzellen, wie die Grätzel-Zelle, sind preisgünstiger und lassen sich besser verarbeiten. Die Entwicklung und Anwendung der organischen Photovoltaik wird als Zukunftsmarkt ebenfalls vom Staat gefördert.

In der Theorie hat die Photovoltaik für die Stromerzeugung ein enormes Potential. Obwohl in Deutschland nur eine sehr kleine Fläche über ausreichend Sonnenstrahlung verfügt, könnte damit der beinahe gesamte elektrische Energiebedarf des Landes gedeckt werden. Zurzeit ist die Erzeugung von Solarstrom allerdings noch zu teuer: Eine Kilowattstunde Solarstrom kostet fünf mal so viel wie Strom aus fossilen Energiequellen.

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