Die Seminararbeit befasst sich mit dem Thema der Energiegewinnung durch die Sonnenstrahlung. Hierbei wird nicht nur Rücksicht Photovoltaik genommen, sondern auch Aspekte der Solarthermischen Energiegewinnung berücksichtigt.
So werden auch Parabolrinnenkraftwerke, Solarstürme und Aufwindkraftwerke genannt. Außerdem beschäftigt sich ein großer Teil mit der Herkunft der Strahlung, deren Verarbeitung und deren Nutzung. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf den Photovoltaikanlagen, zu welchen auch mehrere Experimente durchgeführt wurden, um vor allem den Wirkungsgrad zu testen.
Inhaltsverzeichnis
1 Energie von der Sonne: Gestern schon, heute noch und morgen immer noch
2 Solarenergie
2.1 Vorhandenes Potential in Deutschland
2.2 Strahlungsintensität in Deutschland
2.3 Direkte und diffuse Strahlung
3 Arten von Solarkraftwerken
3.1 PV-Anlage
3.1.1 Aufbau und Funktion kristalliner Solarzellen
3.1.2 Wirkungsgrad
3.1.3 Spektrum der Solarzelle
3.1.4 Nutzung in Deutschland
3.1.5 Produktion pro Jahr und installierte Leistung
3.1.6 Verschiedene Arten
3.1.7 Vor- und Nachteile
3.1.8 Private Nutzung
3.2 Solarthermie
3.2.1 Nicht konzentrierte Solarthermie
3.2.2 Konzentrierte Solarthermie
4 Weltweites Entwicklungspotential
6 Anhang
6.1 Versuchsprotokoll
6.1.1 Schaltskizzen Versuche
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Diese Seminararbeit untersucht das Potenzial der Solarenergie als zentrale Säule der zukünftigen Energieversorgung unter Berücksichtigung technologischer Grundlagen, Standortfaktoren in Deutschland sowie wirtschaftlicher und ökologischer Aspekte.
- Funktionsweise und Aufbau verschiedener Photovoltaik-Technologien
- Analyse des solaren Energiepotenzials und der Einstrahlungsbedingungen
- Vergleich und Einordnung von Solarthermie-Konzepten
- Wirtschaftliche Rentabilität und Zukunftsperspektiven der Solarenergie
- Experimentelle Untersuchung von Leistungsparametern
Auszug aus dem Buch
3.1.1 Aufbau und Funktion kristalliner Solarzellen
Aufbau:
Ein Großteil der heute verkauften Solarzellen besteht aus hochreinem, kristallinem Silizium. Dies ist ein auf der Erde sehr häufig vorkommendes Material, das aus Quarzsand gewonnen und durch chemische Prozesse zu metallischem Silizium verarbeitet wird. Um daraus nun kristallines Silizium zu gewinnen, muss man das Silizium bei ca. 1400 °C schmelzen. Je nachdem, wie man das Silizium abkühlen lässt, erhält man entweder monokristallines Silizium oder polykristallines Silizium. Der Unterschied zwischen den beiden ist erst nach dem Zersägen in 0,3 mm dicke Scheiben (Wafer) zu erkennen. Bei der polykristallinen Solarzelle kann man deutlich unterschiedlich blau gefärbte, Kristalle erkennen, die an die typische Eisblumenstruktur erinnern. Im Gegensatz dazu ist die monokristalline Zelle einheitlich und eher schwarz gefärbt. Beide werden mit Bor und Phosphor verunreinigt um eine sogenannte Raumladungszone zwischen positiver (p) und negativer (n) Schicht zu schaffen. Diese Raumladungszone befördert die Elektronen oder Löcher in den n- bzw. den p-Bereich der Solarzelle. Um nun die angehäuften Ladungen nutzen zu können, müssen an der Vorder- und Rückseite der Solarzelle elektrische Kontakte angebracht werden. Dabei wird meist die Rückseite komplett bedeckt, während auf der Vorderseite ein dünnes Gitter aus elektrischen Leitungen angebracht wird, damit die Photonen trotzdem noch auf der Solarzelle auftreffen können. (Vgl.: [PVS5, 11], [PHO1], [KAS], [SFV])
Zusammenfassung der Kapitel
1 Energie von der Sonne: Gestern schon, heute noch und morgen immer noch: Einleitende Betrachtung der Klimakrise und die Notwendigkeit der Energiewende sowie eine erste Definition der Zielsetzung der Seminararbeit.
2 Solarenergie: Grundlagen der Solarenergie, Betrachtung des Potenzials in Deutschland und physikalische Erläuterung von Strahlungsarten.
3 Arten von Solarkraftwerken: Detaillierte Beschreibung der Technologien Photovoltaik und Solarthermie, deren Typen, Wirkungsweisen sowie ökologische und ökonomische Vor- und Nachteile.
4 Weltweites Entwicklungspotential: Zusammenfassende Einschätzung der Notwendigkeit weiterer Forschung und Netzoptimierung zur Steigerung der solaren Energieversorgung.
6 Anhang: Dokumentation der durchgeführten Experimente mit Beschreibung der Versuchsaufbauten, Ergebnissen und deren Auswertung.
Schlüsselwörter
Solarenergie, Photovoltaik, Solarthermie, Silizium, Wirkungsgrad, Energiewende, Strahlungsintensität, Klimawandel, Erneuerbare Energien, Elektronen, Halbleiter, Stromerzeugung, Raumladungszone, Spektrum, Nachhaltigkeit
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Seminararbeit im Kern?
Die Arbeit beschäftigt sich mit den technischen Grundlagen, dem Potenzial und der Wirtschaftlichkeit von Solarenergie (Photovoltaik und Solarthermie) insbesondere in Deutschland.
Welche Themenfelder werden abgedeckt?
Die Arbeit umfasst physikalische Grundlagen der Solarzellen, Unterschiede in der Solarthermie (konzentriert vs. nicht konzentriert), Standortanalysen und aktuelle Entwicklungen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, aufzuzeigen, wie Solarenergie funktioniert, warum sie für die Energiewende essenziell ist und wie sie effizienter genutzt werden kann, auch unter Berücksichtigung deutscher Standortbedingungen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Neben einer theoretischen Literaturrecherche wurden eigene Versuche durchgeführt, um physikalische Parameter wie Erhitzung, Entfernung zur Lichtquelle und spektrale Einflüsse zu messen und auszuwerten.
Welche inhaltlichen Schwerpunkte liegen im Hauptteil?
Der Hauptteil fokussiert sich stark auf den Aufbau und die Funktion kristalliner Solarzellen sowie auf die Differenzierung und Bewertung unterschiedlicher Solarkraftwerkstypen.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Die zentralen Schlagworte sind Solarenergie, Photovoltaik, Solarthermie, Energiewende, Wirkungsgrad und Siliziumtechnologie.
Welchen Einfluss haben Temperatur und Strahlungswinkel auf die Leistung einer Solarzelle?
Die Arbeit zeigt durch eigene Versuche, dass die Leistung von der optimalen Ausrichtung abhängt und dass sich Temperaturerhöhungen physikalisch durch Energiebandabstände in den Halbleitern erklären lassen.
Was ist der Unterschied zwischen direkter und diffuser Strahlung bei der Stromerzeugung?
Direkte Strahlung ist ungehindertes Sonnenlicht an wolkenlosen Tagen, während diffuse Strahlung durch Wolken oder Reflexionen gestreut wird; beide tragen zur Energieproduktion bei, wobei direkte Strahlung ertragreicher ist.
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- Joshua Zick (Author), 2018, Ist Solarenergie die Zukunft? Untersuchung zu Photovoltaikanlagen und Solarthermie, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/476690
