Prinzip der Stromerzeugung über Sonnenenergie - Solarthermie und Photovoltaik

Es gibt prinzipiell zwei Möglichkeiten die Sonnenenergie in elektrischen Strom zu überführen.

Die erste Möglichkeit beruht auf der Nutzung des "photovoltaischen Effektes", bei der die Sonnenenergie auf direktem Wege in elektrischen Strom umgewandelt wird, und die zweite Möglichkeit beruht auf einem indirekten Weg, da hier die Sonnenenergie zunächst in Wärmeenergie umgewandelt wird, bevor elektrischer Strom erzeugt wird.

Nutzung des photovoltaischen Effektes zur Stromerzeugung

Die Energie der Sonnenstrahlung ist ausreichend, um Elektronen aus einem Gitterverband zu lösen. Diese Eigenschaft der Sonnenstrahlung wird als "photovoltaischer Effekt" bezeichnet und der Mensch kann sich diesen Effekt nutzbar machen, um mittels einer Photovoltaikanlage auf direktem Wege elektrischen Strom zu erzeugen.

Photovoltaikanlagen (Solarzellen bzw. Solarmodule) bestehen grundsätzlich aus zwei Schichten von unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien.

Photovoltaik Hausdach
Photovoltaikanlage auf einem Hausdach
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Hierbei liegt in einer der Schichten ein überschuss an Elektronen vor, während in der anderen Schicht ein Elektronenmangel vorliegt, es also freie Plätze in der Gitterstruktur gibt.

Werden nun mittels des "photovoltaischen Effektes" Elektronen aus der Dotierung mit dem Elektronenüberschuß aus der Gitterstruktur gelöst, bewegen sich diese freien Elektronen zur Dotierung mit dem Elektronenmangel, da sie dort die freien Gitterplätze besetzen können. Bei diesem Vorgang fließt in der Grenzschicht zwischen beiden Schichten elektrischer Strom, den der Mensch sich nutzbar machen kann.

Dies beschreibt in aller Kürze das Grundprinzip der Photovoltaik als Teilgebiet der Solartechnik.

Stromerzeugung über solarthermische Kraftwerke

Solarthermische Kraftwerke werden vorwiegend in Regionen betrieben, in denen die Sonne oft und intensiv scheint, da diese Art von Kraftwerken nur dann wirtschaftlich betrieben werden können.

Solarthermie Hausdach
Solarthermieanlage auf einem Hausdach
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Die Grundprinzip der Stromerzeugung in solarthermischen Anlagen beruht darauf, dass über die Sonnenstrahlung zunächst ein Wärmeträgermedium erhitzt wird, dieses Medium dann dazu genutzt wird, um über ein Wärmetauschsystem Wasser zu erhitzen und zu verdampfen und mittels des Dampfstromes Turbinen anzutreiben, an die Generatoren zur Stromerzeugung angeschlossen sind.

So werden beispielsweise in Parabolrinnenkraftwerken die Sonnenstrahlen in Parabolrinnen aufgefangen und im Brennpunkt der Rinnen gebündelt. Durch den Brennpunkt der Parabolrinnen verläuft eine Rohrleitung, in der das Wärmeträgermedium fließt und dabei stark erhitzt wird, bevor es zum Wärmetauschsystem geleitet wird.

Neben Parabolrinnenkraftwerken gibt es auch noch andere Typen von solarthermischen Kraftwerken, wie beispielsweise sogenannte: "Solartürme", das grundsätzliche Prinzip der Stromerzeugung ist jedoch gleich.

Im Allgemeinen ist der große Vorteil des "Umweges" bei der Stromerzeugung im Rahmen der Solarthermie gegenüber der Photovoltaik, dass die Systeme zumeist technisch weniger anspruchsvoll und somit vergleichsweise deutlich günstiger zu produzieren sind.

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Zusammenfassung

Erklärung der Funktionsweise von Solarthermischen Kraftwerken und Photovoltaikanlagen

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