Solar power - a smart, fast growing and renewable energy source

Die Zukunft der Solarenergie

Wenn Sie an erneuerbare Energien denken, was fällt Ihnen ein? Wasserkraft? Windenergie?

Tatsächlich haben diese sich in den letzten Jahren als die beliebtesten erwiesen. Wasserkraft in ihrer jetzigen Form stellt die günstigste, unter den erneuerbaren Energien dar. Windkraft wiederum ist die am schnellsten wachsende.

Es gibt jedoch eine erneuerbare Energie, die weitaus vielseitiger ist und das Potential hat, einen höheren ROI zu erzielen als die oben genannten. Es handelt sich hierbei um einen Energielieferant, den wir alle jeden Tag sehen und fühlen: Die Sonne.

Während sowohl Wind- als auch Wasserkraft einen breiten Bedarf decken, hat die Sonnen-Energie das Potenzial, unser Leben auf weitreichende Weise zu verändern.

Aber wie nutzen wir diese Veränderung? Und wie wird sie sich abspielen?

Was sind Solarzellen und wie funktionieren sie?

Solar-Anlagen wandeln die enorme, unerschöpfliche Kraft der Sonne in elektrischen Strom um. Solarzellen, auch bekannt als Photovoltaik-Zellen, sind das Mittel, um diese Umwandlung zu vollziehen.

Viele von uns verbinden Solar-Energie mit großflächigen Anlagen in der Wüste oder den kleineren, dunkel gefärbten Solardächern auf Wohnhäusern und Bürogebäuden.

Solarzellen absorbieren Sonnenlicht, angezogen durch die dunkle, anti-reflektierende Beschichtung der Zellen. Im Moment kann keine Solarzelle 100% der Sonnenstrahlen verarbeiten. Gerade diese Eigenschaft ist noch die größte Einschränkung, an deren Verbesserung die Forscher derzeit mit Hochdruck arbeiten.

Das Licht durchdringt die Solarzelle, die aus zwei Schichten von Halbleitern mit entgegengesetzten Ladungen besteht. Diese absorbieren das Licht und wandeln es in elektrischen Strom um.

Jede Zelle ist so konzipiert, dass sie nur eine bestimmte Menge an Strom erzeugen kann und aufgrund der Absorptionsrate ist es typischerweise nur eine kleine Leistung, weshalb man bei den meisten Solaranlagen viele, miteinander verbundene Zellen vorfindet. Diese verbundenen Solarmodule beliefern meist direkt die jeweilige Stromabnahmestelle.

Die Leistung der Zellen und der von ihnen erzeugte Strom hängen von mehreren Bedingungen ab:

  • Größe des Gesamtsystems oder die Gesamtzahl der in einer Reihe verbundenen Paneele
  • Menge und Intensität der Sonne
  • Sonnenschein-Dauer auf das System
  • Und alle Faktoren, die die Sonnenstrahlen am Durchdringen hindern können, wie z.B. Wolken, Schmutz oder Staub, der sich auf der Solarzelle ablagert

Es ist zu erwarten, dass eine Solarzelle umso mehr Strom erzeugt, je länger sie intensivem, direktem Sonnenlicht ausgesetzt ist…

Solarenergie im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energien

Was die Solarenergie von Wind- und Wasserkraft abhebt, ist ihre Vielseitigkeit sowohl bei großen als auch bei kleinen Projekten.

Zum Beispiel ist Wasserkraft sicherlich sinnvoll, wenn es darum geht, ein nahgelegenes Stromnetzwerk zu versorgen. Jedoch ist sie auf lokale Ressourcen begrenzt und ist somit recht unflexibel. Ebenso erfordert die Wind-Energie Standorte, an denen der Wind einigermaßen gleichmäßig weht. Ein weiterer Nachteil ist der starke Einfluss großer Wind-Turbinen auf die Landschaft, der nicht selten zu einem Aufschrei der Anwohner führt. Wasserkraft erfordert den Eingriff in die Natur und häufig auch die Umleitung einer Wasserquelle.

Solarenergie bietet im Gegensatz dazu ein viel breiteres Anwendungs-Spektrum: Zum einen ist die Sonne fast überall verfügbar (außer natürlich an den entlegensten Orten der Erde). Zudem handelt es sich hierbei um die Energie, welche die Landschaft und Natur am geringsten beeinflusst.

Solarzellen können als eigenständige Energiequelle an bestehende Strukturen angebaut oder leichter in Materialien eingebunden werden und lassen sich sogar mobil einsetzen, was den wahrscheinlich größten Vorteil ausmacht.

Stellen Sie sich vor, ihr Auto ließe sich komplett oder zumindest teilweise von der Sonne antreiben oder sie könnten beim Camping Ihr Zelt mithilfe von in den Stoff eingenähten Solarzellen beheizen und gleichzeitig noch ein mobiles Gerät aufladen? Wie fänden Sie es, Ihr Smartphone durch eine in die Jacke eingenähte Solarzelle aufladen zu können?

Neueste Innovationen

Da Solarzellen immer günstiger werden und die Möglichkeiten wachsen, werden die folgenden Modelle und Anwendungen in Zukunft sicherlich immer gängiger und beliebter werden:

Transparente Solarzellen

Wie der Name schon sagt, ist diese fortschrittliche Form der Solarzelle weitestgehend durchsichtig – zwar nicht vollständig, da das Licht sonst direkt durchgelassen würde, aber ausreichend für zahlreiche neue Anwendungen. Den Forschern gelang es nämlich, ein Design mit organischen Salzen zu entwickeln, das genug UV- und Infrarotlicht absorbiert, um Sonnenstrahlen in Energie umzuwandeln.

Während der Einsatz von energieerzeugenden transparenten Oberflächen sofort ein Bild großer verglaster Türme oder Häuser mit Fenstern, die vom Boden bis zu Decke reichen, hervorruft, ist die praktische Nutzung nicht ganz so groß angelegt.

Stellen Sie sich den Bildschirm eines Tablets oder Smartphones mit dieser Art von Solarzelle vor. Oder die Windschutzscheibe eines Autos. Transparente Solarzellen sind somit weitaus attraktiver als die typischen, dunkel gefärbten Module und bringt ein viel breiteres Anwendungsspektrum mit sich.

Organische Solarzellen

Solarmodule bestehen in den meisten Fällen aus Silizium, da es sich hier um das effektivste Material zur Umwandlung der Sonnenstrahlen in Energie handelt. Im Durchschnitt wandelt eine Silizium-Zelle etwa 19% des empfangenen Sonnenlichts um. Eine besonders effektives Exemplar erreichte sogar einen Wirkungsgrad von 27%.

Die lange Zeit als ineffizient betrachteteten organischen Solarzellen aus Kunstoff und Kohlenstoff, holen derzeit auf dem Markt auf: Früher kamen Zellen auf Kohlenstoffbasis nicht annähernd an Silizium heran. Jetzt können sie mit Wirkungsgraden zwischen 15 und 25 % mit ihnen mithalten.

Da organische Solarzellen-Materialien flexibel, leicht und einfach handhabbar sind, können sie in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Sie lassen sich z.B. in beweglichen Strukturen einsetzen, in Textilien oder Accessoires einarbeiten oder in Materialien, die halbtransparente Materialien erfordern, wie z.B. Fenster.

Biogene Zellen

Forscher haben zudem einen Durchbruch bei Solarzellen aus lebenden Organismen erzielt.

Die gentechnisch veränderten Zellen zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, sogar bei geringer Sonneneinstrahlung zu funktionieren. Obwohl diese Art von Solarzellen-Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, könnte dies in Zukunft einen Fortschritt zu den existierenden Technologien bedeuten.

Ziel ist es nicht die vorhandenen Materialien zur Erzeugung von Solarstrom zu ersetzen sondern eine Möglichkeit zu schaffen, selbst in Gebieten, die weniger Sonnenlicht abbekommen, Solar-Erträge zu ermöglichen.

Flexibel und hauchdünn

Lange Zeit war die Solarenergie ein Synonym für große, dunkle Paneelen, die in der Mittagssonne eine blendende Reflexion erzeugen.

MIT Forscher ist es nun gelungen, eine Solarzelle zu entwickeln, die so klein und leicht ist, dass sie auf einer Seifenblase platziert werden kann ohne sie zum Platzen zu bringen.

Bei dieser Größe ist es nicht schwer, sich Solarzellen vorzustellen, die in Kleidung eingenäht, in die Oberfläche eines Tablets oder Smartphones oder die Karosserie eines Autos integriert werden können.

Zusätzlich zu diesen kleinflächigen Anwendungen, könnte sich die Innovation auch für große Strukturen als tragfähig erweisen. Anstelle von großen Dachpaneelen könnten Gebäude zukünftig mit einer modernen Solarzellen-Fassade ummandelt sein, die den gesamten Komplex mit Strom versorgt.

Während derzeit die hauchdünnen Solarmodule noch nicht skalierbar genug für den Massenmarkt sind, wird diese Zeit sicherlich bald kommen. Sobald dies der Fall ist, könnte dies den Einsatz von Solaranlagen revolutionieren.

Eine Straße aus Solarzellen

Sie haben richtig gelesen – eine Straße.

Einer der Hauptnachteile von Elektrofahrzeugen ist die geringere Reichweite im Vergleich zu einem Benzin-betriebenen Motor und die Notwendigkeit, es häufiger aufzuladen. Der Ladevorgang benötigt zudem wesentlich mehr Zeit als der normale Tankvorgang eines Benziners.

Eine Möglichkeit, diese Nachteile aus dem Weg zu räumen, ist es Elektroautos mithilfe einer konstanten Energiequelle zu versorgen. Während einige Vorschläge die Installation drahtloser Ladestellen an Ampeln vorsehen, gibt es andere Ideen mit einem weitaus größeren Maßstab.

Die Erprobung solcher Solarstraßen fand sehr verstreut an Orten wie China, Frankreich, den Niederlanden und in den USA statt. Dies zeigt, dass die Innovation auf globales Interesse stößt und überall auf der Welt zum Einsatz kommen soll. Während Kosten und Ertrag nach wie vor ein Hindernis darstellen, gibt es bereits erste erfolgsversprechende Anwendungsversuche, wie z.B. die Installation der neuen Technologie auf Parkplätzen.

Dachziegel

Wie bereits erwähnt, verbinden die meisten von uns Solarenergie mit den dunklen Solarmodulen auf den Hausdächern energiebewusster Hausbesitzer.

Diese sind zwar effektiv, werden jedoch nicht von jedem als besonders ästhetisch empfunden: Für die einen sind sie wahrgewordene, elegante Zukunftstechnologien, für die anderen kein schöner Anblick. Glücklicherweise passt sich das Design immer mehr ans Design von Hausdächern an.

Photovoltaik-„Ziegel“ integrieren sich bestehende Dächer und in einigen Fällen besteht das Dach sogar gänzlich aus den hochmodernen Solarpaneelen. Die Vorteile bleiben die gleichen wie bei herkömmlichen Panels:

  • Reduzierung der CO2-Ausstöße
  • Steuerliche Vorteile
  • Niedrigere Stromrechnungen

…nur kommt die neue Version sogar in einem ansprechenden Look.

Mit dieser Innovation, ergeben sich viele Möglichkeiten, um der Ästhetik fast jedes Hauses gerecht zu werden, und die Kosten beim Hausbau dennoch zu gering zu halten – eine echte Win-Win-Situation.

Fazit

Bei Solarzellen bzw. Solarenergie im Allgemeinen befindet sich nach wie vor in der Entwicklungsphase – mit großem Verbesserungspotential. Bald schon werden die erwähnten hochmodernen Solartechnologien zum Alltag gehören.

In Anbetracht der Vielseitigkeit, die mit Solarenergie verbunden ist, wie z.B. Solarautos oder in Kleidung eingenähte Solarzellen, besteht kein Zweifel daran, dass es sich hier um die Vielversprechenste unter den erneuerbaren Energien handelt.

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