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Photovoltaik – einfach erklärt

Photovoltaik im Land

In Deutschland wird bereits in über einer Million Photovoltaikanlagen Sonnenstrom erzeugt. Die blauen oder schwarzen Photovoltaikmodule auf den Dächern, an den Fassaden und in der freien Landschaft fallen natürlich auch Kindern auf.

Wie erkläre ich meinem kleinen Neffen, dem kleinen Bruder oder der kleinen Schwester, wie die Photovoltaik funktioniert?

Zum Glück ist es ganz einfach.

Photovoltaik für Kinder

Was tut eine Photovoltaikanlage?

Photovoltaikanlage auf einem Solardach

Hier ist auf dem Dach eine Photovoltaikanlage montiert. Photo kommt von dem griechischen Wort für Licht, Phos. Voltaik kommt von Alessandro Volta, einem berühmten italienischen Elektrizitätsforscher, der von 1745 bis 1827 gelebt hat. Photovoltaik heißt also ungefähr: „Elektrizität aus Licht“. Und das ist genau das, was eine Photovoltaikanlage tut – sie erzeugt Strom aus Licht.

Wo entsteht der Strom?

Die blaue oder fast schwarze Farbe, die man in den Anlagen sieht, ist Silizium. Oder fast – Silizium ist eigentlich grau. Aber auf dem Silizium liegt eine Schicht, die das Licht schluckt, damit nichts davon verloren geht. Durch diese Schicht wirkt das Silizium blau oder schwarz.
Im Silizium wird der Strom erzeugt, der später aus der Steckdose kommt. Die Frage ist: Wie wird das gemacht? Silizium ist ein „Halbleiter“. Halbleiter leiten Strom – aber das tun sie nicht immer (darum halb); sie tun es nur unter bestimmten Bedingungen.
Der Strom ist ein Fluss von sehr, sehr kleinen Teilchen.

Einspeisung in den Stromkreis

Dein kleiner Bruder weiß vielleicht, dass alles aus einzelnen Atomen besteht – der Stuhl, auf dem er sitzt, der Tisch, auf den er klopft, und das Fahrrad, mit dem er fährt. Alles ist aus Atomen aufgebaut; nur sind die Atome so klein, dass man sie nicht sieht – sie sind wirklich schon sehr klein. An den Rändern sind sie miteinander verbunden – sie bilden ein Gitter. Und in diesem Gitter befinden sich noch kleinere Teilchen – das sind die Elektronen.
Wenn diese sehr, sehr kleinen Teilchen nun von Atom zu Atom fließen: Das ist Strom.

Was ist Strom also?

Strom ist also eigentlich nichts anderes als der Fluss von sehr, sehr kleinen Elektronen. Die Silizium-Atome enthalten Elektronen, die gern an ihrem Platz im Gitter bleiben (wie wahrscheinlich dein kleiner Bruder, wenn er müde wird) – und erst, wenn sie genug Energie haben (wie dein kleiner Bruder, wenn er hellwach ist), fließen sie (nein, das heißt nicht, dass dein kleiner Bruder irgendwie auch ein Halbleiter ist … :D ).

Also, es wird morgens, die Elektronen räkeln sich noch in ihrem Atomgitter, und es fließt kein Strom. Jetzt kommen die Sonnenstrahlen, und sie kicken die Elektronen mit ihrer Energie aus ihrer bequemen Situation heraus – und das gleich millionenfach! Jetzt werden also die Elektronen „rappelig“ – und kommen in Bewegung.

Aber Bewegung wohin? Auf der Rückseite der Photovoltaikanlage ist auch Silizium – aber eines, in dessen Gitter noch Platz ist für weitere Elektronen. Die Elektronen, die gerne wieder ein Zuhause hätten, nachdem die Sonne sie aus ihren alten Plätzen weggekickt hat, möchten gern an diesen bequemen Platz – und dafür machen sie sich auf den Weg.

Leider können sie nicht gleich auf die Rückseite, weil eine Barriere dazwischen liegt. Deshalb müssen sie einen Umweg machen: Über die Stromleitung – denn die ist vorn an der Vorderseite angebracht (das sind die weißen Streifen auf der Oberfläche), und das andere Ende ist auf der Rückseite.

Schließen des Stromkreises einer Photovoltaik-Anlage

Man könnte diese Bewegung von der Vorderseite über die Stromleitung zur Rückseite auch anders nennen: Der Strom fließt. Manchmal fließt er nur eine kurze Strecke, wie z.B. in einem solarbetriebenen Taschenrechner. Und manchmal fließt er eine lange Strecke – auf seinem Weg erleuchtet er Lampen, Bildschirme, Uhren und Wecker, betreibt Musikanlagen, Maschinen, Batterieaufladegeräte und Spielekonsolen.

Warum darf man die Stromleitung oder die Photovoltaikanlage übrigens nicht anfassen? In der Leitung ist der Strom zwar nicht gefährlich – wenn er in den menschlichen Körper gelangt, aber schon. Unser Körper hat keine Stromleitungen, auf denen er den Strom in die richtigen Bahnen lenkt – also sucht der Strom sich seinen Weg quer durch die Organe, und dabei kann er uns innerlich verbrennen. Also: Vorsicht, und Hände weg!

In der Stromleitung selbst aber, wie gesagt, ist der Strom in der Regel nicht gefährlich.

Der Stromkreislauf

Viele Photovoltaik-Module

Nachdem die Elektronen ihre Arbeit erledigt, Zugbrücken gehoben, Flugzeuge gebaut und Fernseher betrieben haben, sind sie sozusagen müde. Sie kommen zurück auf die Rückseite der Photovoltaikanlage und suchen sich einen bequemen Platz im Atomgitter des Siliziums. Nur ganz allmählich treiben sie, wie im Schlaf, wieder hinauf auf die Oberseite. Damit haben sie einen vollständigen Kreis zurückgelegt – den sogenannten Stromkreislauf.

Am nächsten Morgen geht alles von vorne los. Übrigens muss man den Strom gar nicht auf die ganz lange Reise schicken. Einen Teil davon kann man auch sehr gut zuhause verbrauchen.

So also funktioniert die Photovoltaik.

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