14 Dinge, die Sie über Solarenergie wissen sollten

Die Sonne ist eine unerschöpfliche Quelle sauberer Energie. Vorteile der Solarenergie sind, dass wir Sonnenlicht in Strom und auch Wärme umwandeln können. Irgendwann werden wir keine fossilen Brennstoffe mehr brauchen. Aber was ist Solarenergie und wie genau funktioniert sie?

1. Was ist Solarenergie?

Solarenergie ist der Sammelbegriff für einige sehr unterschiedliche Technologien, die verwendet werden, um die Energie des Sonnenlichts in andere, nützlichere Energieformen umzuwandeln. Solarenergie wandelt Sonnenlicht direkt in Strom um, ohne begleitende Wärme.

2. Wie funktioniert Solarenergie?

Die Funktionsweise der Solarenergie ist im Grunde bei allen Solarzellen gleich: Sie absorbieren Licht und wandeln die Lichtenergie in elektrische Energie um. Um dies zu ermöglichen, bestehen die meisten Solarzellen aus zwei dünnen Schichten aus Halbleitermaterial. An der Grenzfläche dieser Schichten entsteht spontan eine Art Ladungsfilter. Die Lichtteilchen des Sonnenlichts bewirken, wenn sie absorbiert werden, eine Bewegung von negativ geladenen Elektronen und ihren positiv geladenen "Gegensätzen" (den Löchern) im Halbleitermaterial.

An der Grenzfläche sind die beiden durch den Filter getrennt, was zu einem Aufbau von negativer Ladung auf der einen Seite und positiver Ladung auf der anderen Seite führt. Dadurch entsteht ein elektrischer Strom zwischen den Schichten. Wenn die beiden Schichten extern miteinander verbunden werden (in der Regel die Vorder- und Rückseite der Solarzelle), beginnt wie bei einer Batterie ein elektrischer Strom zu fließen und die Stromversorgung ist gewährleistet.

3. Woraus besteht ein Solarmodul?

Der grundlegende Bestandteil eines Solarmoduls ist die Solarzelle. Es kann aus verschiedenen Materialien bestehen, unterschiedliche Designs haben und flexibel sein. Einzeln haben diese Solarzellen praktisch keinen praktischen Nutzen, daher sind sie elektrisch miteinander verbunden und übereinander gestapelt. Diese gestapelten Solarzellen werden als Solarpanel bezeichnet. Die Paneele werden elektrisch miteinander verbunden, um ein System aufzubauen. Sie können sie zum Beispiel auf einem Dach installieren oder sie können integriert werden.

4. Wie hoch ist der Wirkungsgrad einer Solarzelle?

Die Ausbeute, die üblicherweise als Wirkungsgrad bezeichnet wird, ist das Verhältnis zwischen der von der Solarzelle abgegebenen elektrischen Leistung und der Energie in Form von Licht, das auf die Solarzelle fällt. Die Ausbeute wird in der Regel in Prozent ausgedrückt. Eine ideale Solarzelle aus einem (mehr oder weniger) optimal gewählten Material hat einen maximalen Wirkungsgrad von ca. 30 Prozent bei normaler, also unkonzentrierter Sonneneinstrahlung.

5. Woraus bestehen Solarzellen?

Solarzellen werden aus verschiedenen (Halbleiter-)Materialien hergestellt, die jeweils spezifische Vor- und Nachteile haben. Zu diesen Materialien gehören Silikon und einige andere Materialien in Form von dünnen selbsttragenden Blechen, dünnen Schichten auf einem Träger und Kombinationen (Stapel). Kommerziell erhältliche Solarmodule bestehen aus Silizium (etwa 95 Prozent des Weltmarktes) und verschiedenen dünnen Schichten

6. Was sind Perowskite?

Perowskite sind eine neue Familie von Materialien, die in der Welt der Solarenergie für große Aufregung gesorgt haben. Es ist das am schnellsten wachsende Forschungsgebiet. Perowskite werden als dünne Schichten beim Betrieb von Solarenergie verwendet, was an sich nicht neu ist. Aber ihre Eigenschaften sind sehr speziell und bieten noch größere Vorteile für die Solarenergie. Sie lassen sich mit schnellen und grundsätzlich kostengünstigen Verfahren auf Kunststoff, Metall oder Glas aufbringen, und in kurzer Zeit erreichten Perowskit-Zellen im Labor einen Wirkungsgrad von über 25 Prozent.

Neben "Standard"-Platten oder -Folien eignen sich Perowskite auch für den Einsatz in hocheffizienten gestapelten Zellen (Tandems) und für die Herstellung von teiltransluzenten (halbtransparenten) Paneelen. Dadurch kommen neue Anwendungen wie Solarfenster ins Spiel. Sonnenkollektoren auf Basis von Perowskit stehen noch nicht zum Verkauf. Es wird jedoch erwartet, dass sie noch in diesem Jahrzehnt auf den Markt kommen werden. Anfänglich für den Einsatz in Anwendungen, die von den bestehenden Technologien entweder nicht oder zumindest nicht ohne Schwierigkeiten bedient werden können.

7. Was ist Solarwärme?

Es gibt einen Unterschied zwischen Sonnenkollektoren und Sonnenkollektoren. Sonnenkollektoren wandeln Sonnenlicht in Wärme um, nicht in Strom. Sie werden in Solarheizungen wie Solarheizungen eingesetzt. Einige Systeme können sowohl Strom als auch Wärme erzeugen. In einem einfachen Beispiel ist es so, als würde man ein Solarmodul und einen Solarkollektor kombinieren (stapeln), obwohl die Art und Weise, wie es implementiert wird, sehr unterschiedlich sein kann.

Dies wird in der Regel als PVT-System (PV-thermisches System) oder Hybridsystem bezeichnet. Der Vorteil der Erzeugung von Solarenergie mit diesen Systemen besteht darin, dass sie die zur Verfügung stehende Fläche effizient nutzen und prinzipiell eine sehr hohe Gesamtleistung erzielen können. Denn die Wärme, die jedes Solarmodul als Nebenprodukt erzeugt, kann sinnvoll genutzt werden.

8. Wie viel Solarenergie brauchen wir in den Niederlanden?

Nach unserer Berechnung würde die gesamte benötigte Paneelfläche im Jahr 2050 800 km2 betragen. Die Gesamtfläche des Systems ist größer und hängt von der Art der verwendeten Systeme (Dächer, Fassaden, Fahrzeuge und bodengebundene Systeme) ab, wird aber sicherlich etwa 1.000 km2 betragen. Das ist eine beachtliche Fläche, und es ist wichtig, die Systeme so weit wie möglich in bestehende Objekte zu integrieren oder Flächen gleichzeitig für mehrere Zwecke zu nutzen.

9. Wie können wir Solarenergie speichern?

Die Lagerung kann auf Schaltschrankebene, in der Anlage oder an anderer Stelle erfolgen. Ähnlich wie die Batterie des Elektroautos vor Ihrem Haus. Die Umwandlung von Solarstrom in Wärme, mit oder ohne (saisonale) Speicherung, oder in einen Brennstoff sind weitere Möglichkeiten. Speicherung und Umwandlung sind Optionen, die mit der Zeit kommerziell attraktiver werden.

10. Warum befinden sich Solarparks auf dem Land?

Es ist für viele Menschen ein Ärgernis: Solarenergie auf Feldern, Wiesen oder anderen Flächen auf dem Land. Gleichzeitig ist es die billigste Form der Solarenergie mit enormem Potenzial. Um die Klimaziele für 2030 und 2050 zu erreichen, gibt es nicht nur viel zu tun, sondern wir müssen auch schnell handeln.

Zwar bieten Gebäude und andere "harte Flächen" noch viel Bauraum, aber die großflächige Nutzung dieser Flächen ist vorerst technisch und zum Teil auch wirtschaftlich weniger attraktiv. Jeder schnelle Fortschritt dort ist also begrenzt. A priori können wir wichtige Alternativoptionen nicht komplett abschreiben.

11. Was sind die größten Herausforderungen für die Solarenergie auf dem Wasser?

Die Anwendung von Solarenergie auf Wasser ist eine große technologische, wirtschaftliche und ökologische Herausforderung. Technologisch, denn die Systeme müssen in der Lage sein, starken Stürmen und teilweise extrem hohen Wellen standzuhalten. Außerdem ist Salzwasser stark korrosiv und die Kontamination durch Vögel kann ein großes Problem darstellen. Kommerziell, weil die Systeme in der Lage sein müssen, gelegentlichen Extrembedingungen standzuhalten, aber dennoch günstig genug sein müssen, um einen Beitrag zur Energiewende zu leisten.

12. Was sind die Herausforderungen für die Solarenergie auf Gebäuden?

Besondere Herausforderungen für die Solarenergie auf Gebäuden sind zum einen die eingeschränkte Tragfähigkeit vieler großer Dächer. Und zweitens die ästhetischen, architektonischen und baulichen Aspekte der Nutzung von Solarenergie an und in Gebäuden. Um kundenspezifische Produkte in großem Maßstab und erschwinglich zu halten, entwickeln wir ein Produktionsverfahren zur Herstellung von Solarlaminaten in nahezu jeder Größe und Form. Dies wird es uns ermöglichen, sie in alle Arten von Materialien und Objekten zu integrieren.

13. Sind Sonnenkollektoren recycelbar?

Solarenergie ist an sich erneuerbar, aber nicht automatisch vollständig nachhaltig und zirkulär. Der Großteil der Solarmodule und anderer Komponenten und Materialien wird bereits wiederverwendet. Bisher aber nicht alles und nur teilweise in Produkten mit geringerem Wert ("Downcycling"). Wir forschen an nachhaltiger Solarenergie, wobei Recycling ein wichtiges Merkmal ist.

14. Was ist die Geschichte der Solarenergie?

Der photovoltaische Effekt, der dem Betrieb von Solarzellen zugrunde liegt, wurde 1839 entdeckt. Doch erst in den 1950er Jahren wurden Solarzellen für Energieanwendungen kommerziell hergestellt. Die Erfindung ermöglichte es, relativ effiziente Solarzellen mit einem praktikablen Produktionsverfahren herzustellen.

1958 startete der erste Satellit, der mit Silizium-Solarzellen bestückt war: die Vanguard I. Silizium-Solarzellen wurden schnell effizienter und vor allem ab den 1970er-Jahren kamen Solarzellen aus anderen Materialien hinzu.