Von der Kohle zur grünen Energie 10 101 Wie funktioniert Photovoltaik? Wiederholt gemeinsam: Was ist elektrischer Strom? Sonnenlicht erreicht fast jeden Ort der Erde. Mit modernen Solarzellen kann damit auch überall elektrischer Strom zur Verfügung stehen. Eine Solarzelle besteht üblicherweise aus Silicium. Silicium ist kein elektrischer Leiter, da sich die Elektronen in Silicium normalerweise nicht frei bewegen können. Das Silicium ist in eine n-Schicht und eine p-Schicht geteilt (B2). Die Schichten unterscheiden sich dadurch, dass kleine Mengen anderer Stoffe hinzugefügt sind. So bleiben in der n-Schicht Elektronen „übrig“, die nicht für Bindungen benötigt werden, und in der p-Schicht bleiben „Löcher“, die nicht mit Elektronen besetzt sind. Wenn Sonnenstrahlung auf die Solarzelle trifft, werden durch die zugeführte Energie Elektronen aus der Grenzschicht zwischen der n- und p-Schicht herausgelöst. Eine elektrische Spannung zwischen den Schichten entsteht, und wie bei einer Batterie bildet sich ein Pluspol und ein Minuspol. Wenn beide Schichten durch Metallkontakte und Leiter verbunden werden, fließt elektrischer Strom (B2). Mehrere Solarzellen werden üblicherweise zu Solar-Modulen zusammengeschaltet. Auf 1 m2 kann ein Solar-Panel eine elektrische Leistung von etwa 200 Watt und mehr erreichen. So kann Sonnenenergie zB auch auf einem Hausdach genutzt werden (B3). Wie groß muss das Panel eines Solar-Ladegeräts ca. sein, damit du bei vollem Sonnenschein dein Handy mit 5W laden kannst? Solar-Module werden auch in riesigen Solar-Parks zusammengeschlossen. So wird ein Photovoltaik-Kraftwerk betrieben. Da Photovoltaik-Anlagen Gleichstrom produzieren, muss der Strom vor der Einspeisung in das Stromnetz noch in Wechselstrom umgewandelt werden. Ist die Zukunft elektrisch? Der Umstieg von fossil betriebenen Fahrzeugen auf elektrisch betriebene Fahrzeuge ist zweifellos ein Beitrag, um den CO2-Ausstoß zu senken. Trotzdem ist es wichtig, genau hinzuschauen. Wie viel CO2 durch ein Elektro-Auto in die Atmosphäre gelangt, hängt nicht nur von seinem Antrieb ab. Auch die Produktion des Fahrzeugs und die Herkunft des elektrischen Stromes muss berücksichtigt werden. Was kannst du, deine Familie und deine Gemeinde dazu beitragen, den Energiebedarf möglichst nachhaltig abzudecken? Findet gemeinsam Möglichkeiten und diskutiert, was ihr davon haltet. Überprüft sie kritisch mit eurem physikalischen Wissen, das ihr in den vorigen Kapiteln erworben habt. Metallkontakt Sonnenstrahlung metallische Rückseite Elektronenströmung n-Schicht p-Schicht – + Gerät B2 grafische Modelldarstellung des Aufbaus einer Solarzelle B3 Mit einer PV-Anlage am Dach kann man zuhause Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandeln. Ein riesiger Wasserkocher In der Wüste nahe Las Vegas in den USA bündeln fast 350 000 Spiegel in einem SonnenwärmeKraftwerk das Sonnenlicht. Die Energie wird hier aber nicht in Solarmodulen direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Mit dem gebündelten Licht wird Wasser verdampft. Mit dem Dampf wird wie in anderen thermischen Kraftwerken ein Generator angetrieben. ï Die Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie mithilfe von Solarzellen nennt man Photovoltaik (PV). ï ï Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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