Umwelt, Verkehr, Energie Allgemein Testbericht

Dieser Bericht beschreibt das Thema Photovoltaikanlagen sehr ausführlich, da diese eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Energieträgern wie Kohle oder Öl. Ich bin Mitarbeiter der Schüler GmbH bb-web, also nicht wundern, wenn hier speziell auf unsere Solaranlage eingegangen wird.


Photovoltaikanlagen

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung
2. Prinzip und Funktionsweise
2.1 Begriffsklärung
2.2 Aufbau einer Solarzelle
2.3 Funktionsablauf
3. Wirtschaft und Forschung
3.1 Gesetze der Bundesregierung
3.2 Einsatz u. Forschung
3.3 Beispiel wie man mit Photovoltaik spart
4. Vorteile/ Nachteile
5. Beispiele
5.1 Die Photovoltaikanlage der Schüler GmbH bb-web
5.1.1 Technische Daten
5.1.2 Das Prinzip
5.2. Physikbaukästen
5.1 Firmen
5.2 Literatur
5.3 Internet
5.4 Energieanbieter
6. Quellenangaben

Photovoltaikanlagen

1. Einführung

In der Öffentlichkeit hört und sieht man einmal mehr und einmal weniger über regenerative Energien. Am ersten Februar 2003 konnte man in der Sächsischen Zeitung lesen:
„ Die Bundesregierung erhöht die Förderung von Sonnenkollektoren um mehr als ein Drittel. Schon ab diesen Sonnabend steigt der staatliche Zuschuss von 92 auf 125 Euro je Quadratmeter Kollektorfläche, teilte das Bundesumweltministerium am Freitag mit. Grund für die Erhöhung ist der Markteinbruch bei Solarkollektoren. Nach Branchenangaben sank die Nachfrage 2002 um 40 Prozent gegenüber dem Vorjahr.“/1/

Wenn man genau liest, dann ist die Frage nach dem Motiv dieser Maßnahme zu stellen.
Ein Blick zu unseren Nachbarn in Europa zeigt, dass sich vielfältige Aktivitäten in Richtung Umweltschutz entfalten. So wird in einem Zeitungsbericht dargestellt, wie sich die Energieversorgung in einigen osteuropäischen Ländern im Vorfeld ihres Beitritts zur Europäischen Union wandelt. Folgendes Zitat sei hier angeführt:
„In Rumänien und Bulgarien, die noch über einen Beitritt im Jahr 2007 verhandeln, vollziehen sich die Prozesse dagegen deutlich langsamer. [ Gesprochen wird von der Einführung der Marktwirtschft im Bereich der Energieversorgung. Anm. d. Red.] Noch schwieriger ist die Situation in Weißrussland und der Ukraine, die derzeit keine EU-Perspektive besitzen und noch mit ihrer Abkopplung vom Rohstoff-Lieferanten Russland kämpfen. Immerhin arbeitet die Ukraine jetzt trotz Geldmangels verstärkt daran, ihre Reichtümer bei erneuerbaren Energien zu erschließen: Sonnenkollektoren, Windkraft- und Geothermie-Anlagen gewinnen an Bedeutung, berichtete Mikola Gnedoy, Abteilungsleiter beim Energie-Institut Kiew. Für die Produktion von kostengünstigem Solar-Silizium werden gerade mehrere Werke umgebaut. „Gute Perspektiven gibt es auch bei der Verwertung von Biomasse.“ “/2/

Diesen kurzen Informationen kann man schon zukunftsweisende Entwicklungen entnehmen. So werden sich Denkweisen völlig ändern. Fragen treten auf:
Kann so weiter gewirtschaftet werden wie bisher?
Muss der einzelne Mensch zum Wohle aller Verzicht üben?
Will der Einzelne durch sein heutiges Verhalten die Welt von morgen erhalten?
Welche Mechanismen bewirken ein Umschwenken von Politik und Wirtschaft auf Umweltschutz?

Möglichkeit für ein ganz persönliches Engagement bietet zum Beispiel die Agenda 21 für Dresden. Dort kann man zum Beispiel unter dem Dach eines Bürgerkraftwerkes Anteile an einer Solaranlage erwerben.


2. Prinzip und Funktionsweise

2.1 Begriffsklärung

Die Photovoltaik umfasst alle Verfahren, die die direkte Umwandlung der Energie des Sonnenlichtes in elektrische Energie unter Nutzung von Solarzellen ermöglichen.

Die Wortbildung ist international. Aus dem Griechischen stammt der Begriff photo, der mit Licht übersetzt werden kann. Zu Ehren des italienischen Physikers Volta wird die Spannung in Volt angegeben. Zusammengefügt ergibt sich dann Photovoltaik.
Im Lateinischen bedeutet das Wort solar, zur Sonne gehörig oder auf die Sonne bezogen. In der Physik benutzt man die Solarkonstante von 8,16 Sie gibt an, wie viel Strahlungsenergie außerhalb der Erdatmosphäre in einer Minute auf einen Quadratzentimeter bei mittlerer Sonnenentfernung auftrifft.





2.2 Aufbau einer Solarzelle

Grundstoff der Solarzelle ist Silizium. Dotiert man vierwertiges Silizium mit fünfwertigem Phosphor, dann erhält man eine n-leitende Schicht. Dabei steht das n für negativ, Elektronen sind die Ladungsträger. Baut man aber in vierwertiges Silizium dreiwertiges Bor ein, entsteht eine p-leitende Schicht. Das p steht für positiv, dort sind die Löcher, die sich wie positive Ladungen verhalten, für den Leitungsvorgang nutzbar.

Hellblau erscheint hier die n-leitende Schicht, rot die Schicht mit der p-Leitung. Ganz unten ist der Kontakt der Rückseite platziert. Er kann aus Aluminium bestehen. Auf der Oberseite, hier dunkelblau, wurde eine Schicht angebracht, die die Ladungsträger reflektiert. Nach oben folgt ein Kontakt aus Silber.
Oben entsteht der Minuspol, unten der Pluspol.

2.3 Funktionsablauf

Entscheidend für die Funktionsweise der Solarzelle ist der Photoeffekt. Trifft ein Photon auf ein Außenelektron von Silizium, dann gibt es seine Energie an das Außenelektron ab. Dadurch kann das Außenelektron seine Umlaufbahn um den Atomkern vergrößern, bei hoher Energie kann es seine Umlaufbahn auch verlassen. Im letzteren Fall steht es als frei beweglichen Ladungsträger zur Verfügung.
Fällt Licht auf die Solarzelle, dringen Photonen in das Silizium ein, lösen Elektronen aus. In der p-leitenden Schicht herrscht Elektronenmangel, es entsteht ein Pluspol. Die n-leitende Schicht weist Elektronenüberschuss auf, also einen Minuspol. Werden beide Pole verbunden, fließt ein elektrischer Strom die Lampe leuchtet.
3. Wirtschaft und Forschung
3.1 Gesetze der Bundesregierung
Die zwei wichtigsten Gesetze der Bundesregierung sind zur Zeit das „Erneuerbare-Energie-Gesetz“ und das „100.000 Dächer-Programm“. Diese sagen aus:

Erneuerbare-Energie-Gesetz:
-trat am 01.04.2000 in Kraft
-regelt die Abnahme und Vergüterung von Energie die ausschließlich aus erneuerbaren Energieträgern gewonnen wird
-für Photovoltaikanlagen gibt es ab 2002 eine Vergüterung von 48,1 Cent pro Kilowattstunde

Entwicklung der Vergütungssätze

Solarstrom
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
41,8 45,7 43,4 41,2 39,2 37,2 35,5 33,6 31,9



100.000 Dächer-Programm:
-Bund startet Unterstützung von ca. einer halben Miliarde Euro um damit Zinsvergünstigte Darlehen für Solaranlagen zu finanzieren
-so können Solaranlagen in Serie produziert werden, wodurch die Kosten für Anlagen sinken und die Nutzung von Sonnenenergie gefördert wird

Diese Projekte sind die derzeit wichtigsten, die im Zusammenhang mit Solarenergie genannt werden müssen. Zudem gibt es noch ein Projekt, bei dem Schulen bis zu 3000€ Förderung beim Kauf einer 1kWp-Photovoltaikanlage erhalten können. Zudem gibt es noch interne Projekte der Komunen.

3.2 Einsatz u. Forschung

Durch die Förderungen der beiden oben genannten Gesetze kam es im Jahre 2001 zu einem regelrechten Boom in Deutschland. Der Markt war völlig ausgekauft und es entstanden lange Wartezeiten. Dadurch, dass Deutschland zu Beginn der 90er ihre Solarzellenproduktion fast vollständig eingestellt hatte, übernahmen Firmen aus den USA und Japan den Markt. Dies ändert sich langsam. Firmen wie Siemens oder Viessmann stellen wieder Photovoltaikanlagen her.
Somit entwickelt sich Deutschland langsam zur führenden Nation, was den Gebrauch von Sonnenenergie angeht. Selbst in der Architektur werden schon Häuser geplant, bei denen statt Ziegeln, Photovoltaikanlagen zum Dachdecken genutzt werden. Auch gibt es schon Ziegel, in denen Photovoltaikanlagen integriert sind. Dies ist aber noch die Ausnahme.
Die Ziele der Forschung bestehen zur Zeit darin, die Anlagen und die Halterungen Massenproduktionstauglich zu machen und den Wirkungsgrad der Anlagen zu steigern. Aber das größte Ziel muss das Umdenken der Menschen sein.

3.3 Beispiel wie man mit Photovoltaik spart

- Anlage kostet ca. 6000-7000€
- Erlös circa 408€ pro Jahr (bei Kleinanlage mit 850kWh pro Jahr)
- Kredit für Anlage hat keine Zinsen, aber nur 12 Jahre Laufzeit
- dazu noch ca. 75€ für Wartung
- dazu noch 48 Cent vom Bund für jede kWh

Nun ist man nach 12 Jahren bei plus-minus null. Ab dem 13 Jahr spart man zwar erst.
Dies ändert sich aber schon bei größeren Anlagen. Insgesamt gesehen spart man doch gewaltig und schützt die Umwelt.

4. Vorteile/ Nachteile

Vorteile:

- Umweltschonend
- man spart viel Geld- ezentralisierung (Auflösung der Energieerzeugung an nur einem Ort)
- Arbeitsplatzschaffung(durch zentrale Konzerne u. in derProduktion)

Nachteile:

- kaum ortsansässige Produktion
- hohe Anschaffungskosten
- noch zu geringer Nutzen- hoher Produktionsaufwand

5. Beispiele
Es gibt viele Beispiele für Anwendungsmöglichkeiten der Photovoltaik.
Die Schüler GmbH bb-web beschäftigt sich schon seit langem mit diesem Thema. Durch den Besitz einer Photovoltaikanlage ist die Firma in der Lage die Probleme der regenerativen Energien besser in den Schulalltag einzubeziehen.
Ein weitere Ergänzung der Lehrmittel wurde wenig später realisiert. Die Schüler kauften von der Firma leXsolar Bausätzte einer Experimentieranordnung für den Physikunterricht. Diese wurden dann vonn den Schülern selbstständig montiert und auf die Tauglichkeit für den Unterricht geprüft.
In den folgenden Punkten wird ein wenig nähere auf diese Projekte eingegangen.

5.1 Die Photovoltaikanlage der Schüler GmbH bb-web


5.1.1 Technische Daten

Art der Montage: Aufdachanlage
Modulhersteller: Siemens
Planung/Montage: Firma Brockmann
Fläche: 6,48 m²
Leistung: 990 Wp
Wartung/Pflege: Schüler GmbH bb-web

Der erzeugte Strom wird zu einer Vergütung von 51 Cent pro kWh ins Drewagnetz eingespeist. Doch bevor das passiert, muss der von der Anlage kommende Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden.

Solange die Sonne scheint wird Strom erzeugt und solange Strom erzeugt wird, nimmt die Firma ihr Geld ein. Dieses Geld wird dann für andere Projekt verwendet z.B. für neue Lehrmittel.

5.1.2 Das Prinzip

Das ist aber bloß ein Weg auf dem die Schülerfirma ihr Geld verdient.
Man kann sagen, dass die Schülerfirma gemeinnützig arbeitet um die Lehrmittelsituation an der Schule zu verbessern. Alle Mitglieder der Firma arbeiten ohne Gehalt und völlig freiwillig. Sie garantieren den Erfolg der Firma.
Bleibt nur zu hoffen das die Sonne immer scheint und die Firma weiterhin Erfolg mit ihrer Photovoltaikanlage hat.

5.2. Physikbaukästen

Die Schüler GmbH hat aber noch andere Projekte als die Photovoltaikanlage.
Ein weiterer Zweig der Firma besteht aus Lehrerfortbildungen und dazu braucht die Firma die selbst erstellten Unterrichtsmaterialien und die gekauften Baukästen, denn auch Lehrern müssen bestimmte Sachverhalte anschaulich erklärt werden. Hierzu dienen die am Anfang schon erwähnten Baukästen von leXsolar.
In mehreren Arbeitsdurchläufen wurden diese Experimentiersätze zusammengebaut und überprüft und sind nun einsatzfähig.
Diese Experimentiersätze umfassen einen gesammten Klassensatz und füllen zwei sehr große Koffer.
Dieser Klassensätz besteht aus c.a. 3000 Einzelteilen, die in mühevoller Kleinarbeit zusammengesetzt wurden.
Die Gesamtarbeitszeit betrug ungefär ein halbes Jahr.
Im Gegensatz zu vielen Experimentierkästen nutzt man hier ein Stecksystem statt Kabeln. Und besonders interessant, er enthält auch verschiedene Solarzellen.

5.1 Firmen

Siemens, Viessman, Solar Brockmann, Solarworld AG, Deutsche Solar


5.2 Literatur
Hier alle Bücher zu diesem Thema zu nennen, würde eindeutig den Ramen sprengen. Deshalb nur mal zwei Titel. Das Buch „Eine Welt ohne Sonne“ und das Buch „Die Kraft der Sonne“ und das Buch „Klimawechsel“
Wer sich weiter informieren will, dem empfähle ich die Bücher der Autoren Carl Amery und Herrmann Scheer.

5.3 Internet

Auch hier wieder nur eine kurze Auswahl.
Zunächst unsere Firmenadresse: www.bb-web.leute.server.de hier kann man sich auch zu weiteren Seiten verlinken lassen
Zudem sei noch die Internetseite www.solarserver.de. Hier gibt es auch viele Neuigkeiten
Wer mehr sucht, sollte eine Suchmaschine aufsuchen und z.B. „Solarenergie“ oder „Photovoltaik“ eingeben.

5.4 Energieanbieter

Auf dieser Strecke gibt es leider noch nicht sehr viele. Hier sollten mehr kleine Energieanbieter entstehen. Zur Zeit sind, wenn überhaubt nur E-ON, RWE oder Yellow Strom zu nennen.
Abschließend nun noch der Hinweis auf die größte deutsche Umweltschutzorganisation Agenda 21. Diese organisiert viele Ausstellungen oder Konferenzen zum Thema Nachhaltigkeit. Für weitere Informationen sollte man sich an die lokale Agenda 21 in seiner Stadt wenden.

6. Quellenangaben
Buch: „Klimawechsel“
Internetseite www.wdr.de
Archiv der Schüler GmbH bb-web

Ich denke Solaranlagen haben noch ein großes Potential für die Zukunft, besonders in den Ländern Afrikas. Das größte Problem wird wohl für eine Weile noch nicht zu lösen sein, der Preis. Obwohl eine Solaranlage während ihrer Lebensdauer 5mal so viel Strom erzeugt, wei zu ihrer Herstellung nötig waren, fehlt vielen interessierten Käufern das Geld zur Anschaffung.