Anwendung von Solarfotozellen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Photovoltaik-Solarzellen sind in einer Reihe von Anwendungen eine technisch und wirtschaftlich sinnvolle Alternative zu fossilen Brennstoffen. Eine Solarzelle kann Sonnenstrahlung direkt in Elektrizität umwandeln, ohne dass bewegliche Mechanismen erforderlich sind. Dadurch ist die Lebensdauer von Solargeneratoren recht lang. Photovoltaikanlagen haben sich seit Beginn der industriellen Anwendung von Photovoltaikzellen bewährt. Beispielsweise sind Solarzellen seit den 1960er Jahren die primäre Energiequelle für Satelliten in der Erdumlaufbahn.

In abgelegenen Gebieten versorgen Photovoltaikzellen seit den 1970er Jahren netzunabhängige Stromversorgungssysteme. In den 1980er Jahren begannen Hersteller von Massenkonsumgütern, Photovoltaikzellen in viele Geräte zu integrieren, von Uhren und Taschenrechnern bis hin zu Musikgeräten. In den 1990er Jahren begannen Energieversorger, Photovoltaikzellen zu nutzen, um den Bedarf kleinerer Nutzer zu decken.

Mit Solar-Photovoltaikzellen betriebene Pumpsysteme sind für nahezu jede Wasserpumpanwendung effizient und kostengünstig. US-amerikanische Energieversorger haben herausgefunden, dass es wirtschaftlicher ist, solarbetriebene Wasserpumpen zu verwenden, als Stromverteilungsleitungen zu unterhalten, die zu entfernten Pumpen führen. Einige Energieversorger bieten Photovoltaik-Pumpanlagen an, um Kundenwünsche zu erfüllen.

Weitere Einsatzmöglichkeiten für Photovoltaikanlagen in ländlichen Gebieten sind das Laden und Beleuchten von Elektrozäunen; Bereitstellung von Wasserzirkulation, Belüftung, Licht und Klimatisierung in Gewächshäusern und Hydrokulturstrukturen.

Photovoltaikmodule versorgten den Ballon Breitling Orbiter 3 während seines Nonstopflugs um die Welt mit Strom. Im März 1999 wurde die gesamte Ausrüstung an Bord des Ballons drei Wochen lang von 20 Modulen angetrieben, die unter dem Korb aufgehängt waren. Jedes Modul wurde geneigt, um während der Fahrt einen gleichmäßigen Strom zu liefern und fünf Batterien für Navigationsgeräte aufzuladen, das Satellitenkommunikationssystem mit Strom zu versorgen sowie für Beleuchtung und Warmwasserbereitung zu sorgen. Alle Module haben während der gesamten Reise einwandfrei funktioniert.

Photovoltaikzellen werden erfolgreich zur Elektrifizierung von Dörfern eingesetzt. Derzeit leben weltweit zwei Milliarden Menschen ohne Strom. Die meisten davon befinden sich in Entwicklungsländern, wo 75 % der Bevölkerung keinen Zugang zu Elektrizität haben. Abgelegene Dörfer sind oft nicht an das Netzwerk angeschlossen.

Wer keinen Zugang zu Strom aus dem Netz hat, nutzt oft fossile Brennstoffe – Kerosin, Diesel. Mit seiner Verwendung sind eine Reihe von Problemen verbunden:

• Durch den Import fossiler Brennstoffe erschöpft sich der Vorrat des Landes an konvertierbarer Währung;
• Der Treibstofftransport wird durch das Fehlen einer normalen Infrastruktur behindert.
• Wartung und Reparatur des Generators sind aufgrund fehlender Ersatzteile problematisch;
• Der Generator belastet die Umwelt mit Abgasen und verursacht viel Lärm.

Elektrische Beleuchtung mit Photovoltaikzellen ist effizienter als Kerosinlampen und die Installation einer Photovoltaikanlage kostet in der Regel weniger als der Ausbau des Stromnetzes. Darüber hinaus liegen viele Entwicklungsländer in Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung und verfügen daher das ganze Jahr über über reichlich kostenlose Energiequellen. Die Produktion von „Solarstrom“ ist einfach und zuverlässig, wie die Erfahrung aus dem Betrieb von Zehntausenden Photovoltaikanlagen weltweit beweist.

In den kommenden Jahrzehnten wird ein erheblicher Teil der Weltbevölkerung mit Photovoltaikanlagen vertraut gemacht. Dank ihnen wird die traditionelle Notwendigkeit, große, teure Kraftwerke und Verteilungssysteme zu bauen, verschwinden. Da die Kosten für PV-Zellen sinken und sich die Technologie verbessert, werden sich mehrere potenziell große Märkte für PV-Zellen eröffnen. Beispielsweise werden in Baumaterialien eingebaute Fotozellen für die Belüftung und Beleuchtung von Häusern sorgen. Verbraucherprodukte – von Handwerkzeugen bis hin zu Automobilen – werden von der Verwendung von Komponenten profitieren, die Photovoltaikkomponenten enthalten. Auch Energieversorger werden in der Lage sein, neue Wege zu finden, Solarzellen zur Deckung öffentlicher Bedürfnisse zu nutzen.

Die Europäische Union hat sich zum Ziel gesetzt, den Anteil erneuerbarer Energien bis zum Jahr 2010 zu verdoppeln. Ein wichtiger Baustein ist die Produktion von 1 Million Photovoltaikanlagen (500000 Dachanlagen und Export von 500000 ländlichen Anlagen) mit einer installierten Gesamtleistung von 1 GW. BP Amoco (einer der weltweit führenden Anbieter von Erdölprodukten) wird an 200 seiner neuen Tankstellen in Großbritannien, Australien, Deutschland, Österreich, der Schweiz, den Niederlanden, Japan, Portugal, Spanien, Frankreich und den USA Solarenergie nutzen . Das 50-Millionen-Dollar-Programm umfasst 400 Solarmodule mit einer Gesamtkapazität von 3,5 MW und einer Reduzierung der Kohlendioxidemissionen um 3500 Tonnen pro Jahr.

Dank dieses Projekts wird BP Amoco einer der weltweit größten Verbraucher von Solarstrom sowie einer der größten Hersteller von Solarzellen und -modulen. Die Solarpaneele werden mehr Strom erzeugen, als für die Beleuchtung und Wasserpumpen benötigt wird, sodass die Anlage an das Stromnetz angeschlossen wird. Tagsüber wird überschüssiger Strom in das Netz eingespeist und nachts wird der Energiemangel daraus ausgeglichen. Der globale Solarzellenmarkt soll bis 2010 1000 MW und bis 2050 5 Millionen MW erreichen, so die Prognose des Präsidenten von BP Solar.

Photovoltaikzellen erzeugen Strom mit einer Geschwindigkeit, die je nach der Stärke der Sonneneinstrahlung variiert. Photovoltaikzellen werden zu Modulen zusammengefasst, die den Hauptbestandteil von Photovoltaikanlagen bilden. Die Module sind für unterschiedliche Spannungen bis zu mehreren hundert Volt ausgelegt. Dies wird durch die Reihenschaltung von Fotozellen und Modulen erreicht. Zur Stromversorgung von Wechselstrom-Elektrogeräten müssen Wechselrichter verwendet werden.

Der Wirkungsgrad von Fotozellen wird als prozentuales Verhältnis zwischen der der Fotozelle zugeführten Energie und dem dem Verbraucher zugeführten Strom berechnet. Es gibt einen Unterschied zwischen theoretischer, Labor- und praktischer Wirksamkeit. Es ist wichtig, den Unterschied zwischen ihnen zu kennen, und für Benutzer von Fotozellen ist natürlich nur die praktische Effizienz von Bedeutung.

Praktische Effizienz von Fotozellen der Massenproduktion:

• monokristallines Silizium: 16 - 17 %;
• polykristallines Silizium: 14 - 15 %;
• amorphes Silizium: 8 - 9 %.

Photovoltaikanlagen werden üblicherweise unterteilt in:

1. Autonome Systeme, die nur aus Photovoltaikmodulen bestehen. Dazu können auch Regler und Batterien gehören.
2. Hybridsysteme sind eine Kombination aus Photovoltaikzellen und zusätzlichen Stromerzeugungsmitteln wie Wind, Diesel oder Erdgas. Solche Systeme verwenden oft kleinere Batterien und Regler.
3. Bei netzgekoppelten Anlagen handelt es sich eigentlich um Kleinkraftwerke, die Strom in das öffentliche Netz einspeisen.

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