Die Sonne ist die größte Energiequelle der Erde, von der alles Leben abhängig ist. Sonnenenergie, die in der Sonne durch ständige Kernfusion entsteht, treibt den Wasserkreislauf an, ist für die Entstehung von Wind verantwortlich und bildet die Basis für die Photosynthese der Pflanzen.

Die Strahlungsleistung die senkrecht auf die Erdatmosphäre fällt, beträgt 1.367 W/m². Von diesen 1367W/m² an der Erdatmosphäre erreichen ca. 1.000 W/m² die Erde.

Diese Energie macht man sich seit einigen Jahrzehnten zur Wärmegewinnung und zur Stromproduktion zu nutze. Zur Anwendung kommen dabei grundsätzlich folgende Technologien:

• Thermische Solaranlagen (Solarthermie): werden vorwiegend im Bereich der Haustechnik eingesetzt und dienen zur Erwärmung von Trinkwasser und Wohnräumen, die Anlage besteht aus einem Kollektor der das Sonnenlicht absorbiert und in Wärme umgewandelt, sowie einem Speicher
• Thermische Solarkraftwerke: erzeugen mit Hilfe von Wärme und Wasserdampf elektrischen Strom
• Photovoltaik: darunter versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie mittels Solarzellen

Wie funktioniert Photovoltaik?

Unter dem Begriff Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Dieser Umwandlungsprozess funktioniert mit Solarzellen, auch als photovoltaische Elemente bezeichnet, welche die Strahlungsenergie der Sonne als elektrische Energie für den Menschen nutzbar machen.

Der Vorgang funktioniert ohne mechanische bzw. thermische Zwischenschritte und verursacht keinerlei Emissionen oder sonstige Schadstoffe. Zur Produktion von Solarzellen werden Halbleitermaterialien wie Silizium, Gallium-Arsenid, Cadmium-Tellurid oder Kupfer-Indium-Diselenid eingesetzt.

Die Umwandlung basiert auf dem physikalischen Modell des photovoltaischen Effekts bzw. des Photoeffekts. Dieser wurde im Jahr 1839 von Alexandre Edmont Bequerel entdeckt und im Jahr 1905 von Albert Einstein wissenschaftlich erklärt.

Die praktische Anwendung der Photovoltaik erfolgte ein halbes Jahrhundert später in den amerikanischen Bell Laboratorien. Ziel des Vorhabens war die Energieversorgung von Satelliten im Weltraum sicherzustellen. Im Jahr 1958 wurde die Idee erstmals in die Tat umgesetzt.

Die Nutzung der Photovoltaik ist heute nicht mehr nur der Raumfahrt vorbehalten. Die Technologie wird auf der ganzen Welt eingesetzt und findet Anwendung auf Dächern, Fassaden, Taschenrechnern, Schallschutzwänden und Freiflächen.

Der Grund für die weltweite Verbreitung der Technologie liegt im enormen Energiepotenzial das uns die Sonne tagtäglich zur Verfügung stellt. Als die größte Energiequelle liefert die Sonne pro Jahr eine Energiemenge von etwa 3,9 * 10²⁴ J, das entspricht 1,08 * 10¹⁸ kWh, auf die Erdoberfläche. Diese Energiemenge entspricht etwa dem 10.000-fachen des Weltprimärenergiebedarfs.

Photovoltaik Module produzieren Gleichstrom. Der erzeugte Gleichstrom kann im Haushalt nur eingesetzt werden und in das öffentliche Netz eingespeist werden, wenn dieser zuerst in Wechselstrom umgewandelt wird. Diese Aufgabe übernimmt ein so genannter Wechselrichter. Der Wechselrichter ist das Bindeglied zwischen der Gleichstromseite (Solargenerator) und der Wechselstromseite (öffentliches Stromnetz).

In Sonderfällen, in so genannten Inselanlagen, wird die Energie, in Form von Gleichstrom, in Batterien gespeichert. PV-Anlagen im Inselbetrieb werden zur dezentralen Stromversorgung verwendet und stellen eine ökologische Alternative zu Dieselaggregaten dar.

Nicht zu verwechseln sind Solarzellen mit thermischen Sonnenkollektoren. Thermische Sonnenkollektoren bzw. solarthermische Anlagen nutzen die von der Sonne bereitgestellt Energie um Warmwasser (Brauchwasser) zu erzeugen.