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Photovoltaik

Mit Photovoltaikanlagen wird durch, meist auf Dach angebrachten, Solarkollektoren Gleichstrom gewonnen (siehe Bild 13). Dieser wird durch einen sogenannten Wechselrichter geleitet und so in Wechselstrom umgewandelt. Der Strom kann nun für den Eigenbetrieb im Haushalt genutzt werden oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. In den meisten Fällen wird eine Kombination aus beidem verwendet, die nicht im Haushalt verbrauchte Energie wird in das Stromnetz eingespeist.Einige Hausbesitzer speichern die gewonnene Energie jedoch in Batterien. Photovoltaikanlagen für die Stromerzeugung gibt es im Privatgebrauch oder als Solarkraftwerk beziehungsweise Photovoltaikkraftwerk im industriellen Stil.

Bei der “Power to Heat”-Methode wird der erzeugte Strom für die Wärmegewinnung genutzt, wodurch bei der Warmwasserbereitung auf fossile Brennstoffe verzichtet werden kann.

Kristalline Photovoltaikanlagen

Monokristalline Zellen bestehen aus sogenannten Wafern. Dabei handelt es sich einkristalline reine Siliziumscheiben, wie sie die auch bei Halbleitern Verwendung finden. Hierfür wird nach der Gewinnung des reinen Siliziums ein Stab aus der Siliziumschmelze gezogen.Durch dieses Ziehen entstehen ein reiner, großer Monokristall, in welchem die Atome regelmäßig angeordnet sind und ein homogenes beziehungsweise regelmäßiges Gitter bilden. Danach wird dieser Stab in sehr dünne Scheiben geschnitten, die sogenannten Wafern. Monokristalline Solarzellen sind optisch gleichmäßig dunkelblaue bis schwarze Oberfläche und haben gleichmäßige Oberfläche.
Bei polykristallinen Solarzellen wird im ersten Schritt ein Siliziumblock gegossen. Während der Abkühlung des Blocks entstehen unterschiedlich große Kristallgitter, das heißt diese Art von Modulen besteht aus unzähligen verschiedenen kleinen Kristallgittern. Dieser Block wird nach dem Abkühlen in hauchdünne Scheiben geschnitten, wobei jede einzelne Scheibe eine Solarzelle ist. Polykristallinen Solarzellen haben meist eine bläuliche Färbung und eine reflektierende Oberfläche.
Amorphen Solarzellen sind sogenannte Dünnschichtmodule, die Halbleiter verwenden. Die Herstellung von amorphen Systemen ist günstiger als die kristalliner Varianten, denn es hier wird eine Siliziumschicht (Halbleiter) auf ein stromleitendes Medium aufgedampft. Diese Schicht ist rund 3 Mikrometer dünn. Als Trägermedien werden in den meisten Fällen Folien verwendet, auf die eine dünne und flexible Schicht von Stromleitern aufgebracht ist.

Nicht Kristalline Photovoltaikanlagen

Bei Solarturmkraftwerken wird der obere Teil des Turmes, der Receiver oder Absorber, mit meist hunderten bis tausenden oder gar hunderttausenden zweiachsig gekrümmten Spiegeln, auch Heliostate, erhitzt. Diese Spiegel werden durch einen Computer gesteuert immer genau so ausgerichtet, dass sie der Sonne folgen und einen fokussierten Strahl aus Sonnenlicht auf den Absorber richten. So wird das Wärmeträgermedium (Luft, Flüssigmetalle, Natrium oder flüssiges Salz) innerhalb des Turmes auf bis zu über 1000 °C. Das erhitzte Medium gibt seine Wärmeenergie in einem Wärmetauscher an Wasser ab, das sich bei derartigen Temperaturen in Dampf verwandelt und dieser Dampf treibt wiederum eine Turbine an, um so Strom zu erzeugen.
Parabolrinnenkraftwerken beziehungsweise Dish-Stirling- oder Dish-Farm-Anlagen. Bei diesen werden zweiachsig drehbarer Parabolspiegel (20 m bis 150 m lang) dazu genutzt, das Sonnenlicht auf ein Absorberrohr zu fokussieren und dieses zu erhitzen. Das Wärmeträgermedium innerhalb des Rohres ist für gewöhnlich ein Öl, das auf bis zu 400°C erhitzt werden kann. Das Wärmeträgermedium gibt seine Energie innerhalb eines Wärmetauschers an Wasser ab, das sich in Dampf verwandelt und so eine Dampfturbine antreibt, um Elektrizität zu erzeugen (siehe Bild 21). In einigen Fällen fließt innerhalb der Absorber auch Wasser. Diese Direktverdampfer arbeiten mit Temperaturen von 550°C und einem Druck von bis zu 100 bar. Der erzeugte Wasserdampf treibt eine Dampfturbine mit angeschossenen Kühlturm an.