Diese Facharbeit beschäftigt sich mit der Solar-Elektrischen Energie. Diese Art der Energie wird bereits heute sehr oft von uns genutzt und ist ein wichtiger Teil der aktuellen, globalen Energiepolitik. Die Solar-Elektrische Energie findet bereits jetzt Verwendung in Privat-Haushalten, riesigen Photovoltaik Anlagen oder selbst Kleingeräten wie z.B. dem Taschenrechner.
Doch ist die Solar-Elektrische Energie wirklich so hilfreich und rentiert sie sich (Ökologisch & Kostentechnisch) wirklich unter Berücksichtigung aller Faktoren?
Deutschland hat im Jahr 2018 insgesamt über 528 Terrawattstunden elektrische Energie benötigt. Der Prozentuale Anteil der erneuerbaren Energien lag dabei bei ca. 43%, was ein höchst Wert seit Jahren darstellt. Zudem gewann im Jahr 2018 der Solarstrom extrem an Bedeutung aufgrund des langen und sonnigem Sommers. Dadurch wurden auch hier Höchstwerte aufgestellt.
Bei der Umwandlung von der Energie des Sonnenlichtes zu einer elektrischen Energie gibt es viele Möglichkeiten. Die bekanntesten beiden Möglichkeiten sind einmal die sogenannten „Sonnenkraftwerke“, in denen durch die Energie der Sonnenstrahlen bspw. Wasser erhitzt wird, wessen Dampf anschließend eine Turbine antreibt. Dieser Vorgang wird allgemein auch als „solarthermische Energie“ bezeichnet. Die andere Möglichkeit ist jedoch eine direktere Umwandlung der Energie durch die Photovoltaikanlagen (oder auch PV-Anlagen). Dieser Vorgang nennt sich „solarelektrische Energie“.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Aufbau & Funktionsweise
2.1 Physikalische Grundlagen
2.1.1 Halbleiter
2.2 Aufbau Solarzelle
2.2.1 Solarzellentechniken
2.3 Aufbau Photovoltaik-Modul
2.4 Positionierung & Ausrichtung
2.5 Physikalische Größen
3 Beispiele
3.1 Photovoltaikanlagen an Häusern
3.2 Photovoltaik-Freiflächenanlagen
3.3 Photovoltaik in China
3.4 Konzepte & Prototypen
3.4.1 SolarCity - „Solar Roof“
3.4.2 Taʻū Island
3.4.3 Solar Roadways
4 Energiebilanz
5 Kostenbilanz
6 Ökologische Bilanz
7 Entropische Bewertung
8 Gefahren
9 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit analysiert die Funktionsweise, Wirtschaftlichkeit und ökologische Relevanz von solar-elektrischer Energie und untersucht dabei, ob Photovoltaikanlagen unter Berücksichtigung aller Faktoren eine rentable und nachhaltige Lösung für die moderne Energieversorgung darstellen.
- Physikalische und technische Grundlagen der Photovoltaik
- Kosten- und Energiebilanz moderner PV-Systeme
- Anwendungsbeispiele, Konzepte und Prototypen
- Ökologische Bewertung und Entropiebetrachtung
- Sicherheitsaspekte beim Betrieb von Photovoltaikanlagen
Auszug aus dem Buch
2.2 Aufbau Solarzelle
Die Solarzelle ist der wichtigste Bestandteil einer Photovoltaik-Anlage, da hier die Energie der Sonnenstrahlen in elektrische Energie umgewandelt wird. Eine Solarzelle an sich ist relativ klein und kompakt.
Die meisten Solarzellen bestehen aus Silizium, da dieses Material häufig vorkommt und man dieses Material gut verarbeiten kann. Das Silizium wird jedoch mit zwei verschiedenen Stoffen dotiert (verunreinigt), sodass sich eine n-dotierte Schicht und eine p-dotierte Schicht bildet.
Ober- und unterhalb des dotiertem Siliziums befinden sich Metallkontakte aus einem leitendem Material. Oftmals wird bei Solarmodulen Silber oder Aluminium verwendet. Auf der Unterseite ist der Kontakt über eine durchgängige Platte sichergestellt. Auf der Oberseite sind es lediglich kleine Bahnen des Materials, damit noch Sonnenlicht hindurch gelangen kann.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Einführung in das Thema der solarelektrischen Energie und die Fragestellung nach deren ökologischer und ökonomischer Sinnhaftigkeit.
2 Aufbau & Funktionsweise: Erläuterung der physikalischen Grundlagen der Halbleiter sowie der technische Aufbau von Solarzellen und Photovoltaik-Modulen.
3 Beispiele: Darstellung verschiedener PV-Anwendungen, von privaten Dachanlagen bis hin zu Großprojekten und innovativen Konzepten wie Solar Roadways.
4 Energiebilanz: Untersuchung der energetischen Amortisationsdauer von PV-Anlagen unter Einbeziehung von Herstellung und Transport.
5 Kostenbilanz: Analyse der Wirtschaftlichkeit anhand von Investitions- und laufenden Betriebskosten im Verhältnis zur Amortisationszeit.
6 Ökologische Bilanz: Bewertung der Umweltauswirkungen bei Produktion, Betrieb und Entsorgung der PV-Module.
7 Entropische Bewertung: Kurze physikalische Einordnung des Umwandlungsprozesses unter Berücksichtigung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.
8 Gefahren: Betrachtung potenzieller Risiken wie Schadstofffreisetzung bei Brandfällen oder thermische Auswirkungen auf den Dachstuhl.
9 Fazit: Zusammenfassende Bewertung der Photovoltaik als essenzieller, aber speicherabhängiger Baustein der zukünftigen Energiewende.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, Solarenergie, Halbleiter, Silizium, Energiewende, Solarzelle, Wirkungsgrad, Amortisation, Energiebilanz, Nachhaltigkeit, Erneuerbare Energien, Photovoltaik-Modul, Solar Roadways, Energietechnik, Dotierung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der solar-elektrischen Energie, deren technischem Aufbau sowie der Frage, wie rentabel und ökologisch sinnvoll diese Technologie ist.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Funktionsweise von Solarzellen, der Kosten- und Energiebilanz sowie der praktischen Anwendung und den ökologischen Auswirkungen der Photovoltaik.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, zu bewerten, ob sich die Nutzung von solarelektrischer Energie unter Berücksichtigung aller Faktoren ökologisch und ökonomisch rentiert.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine theoretische Analyse, die auf Fachliteratur und technischen Daten basiert, um einen Überblick über den aktuellen Stand und die Potentiale der Photovoltaik zu geben.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in technische Grundlagen (Aufbau), praktische Beispiele, Bilanzierungen (Energie/Kosten) sowie eine ökologische und sicherheitstechnische Bewertung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Photovoltaik, Silizium, Energiewende, Wirkungsgrad, Amortisation und Nachhaltigkeit.
Was ist das Besondere am Konzept "Solar Roof" von Tesla?
Das "Solar Roof" integriert Photovoltaik-Module direkt in Dachpfannen, um das Erscheinungsbild des Hauses zu erhalten und die Dachlast zu optimieren.
Welche Herausforderungen nennt der Autor für Solar Roadways?
Obwohl das Konzept smarte Funktionen bietet, liegt die Herausforderung in der Rentabilität und der großflächigen technischen Umsetzung bei gleichzeitigem Stromertrag.
Welche Rolle spielt die Speicherproblematik im Fazit?
Der Autor betont, dass die fehlende effiziente Speichermöglichkeit für die tagsüber produzierte Energie das derzeit größte Hindernis für eine noch stärkere Nutzung der Solarenergie darstellt.
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- Anonym (Author), 2019, Solar-Elektrische-Energie. Ist sie tatsächlich rentabel?, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/491462
