Solar Power

Definition Energie

Dauernd wird von Energie gesprochen, aber was versteht man eigentlich darunter und wie kann man sie messen?

Energie benötigt man:

• um einen Körper zu beschleunigen oder
• um ihn entgegen einer Kraft zu bewegen,
• um eine Substanz zu erwärmen,
• um ein Gas zusammenzudrücken,
• um elektrischen Strom fließen zu lassen oder
• um elektromagnetische Wellen abzustrahlen.
• Pflanzen, Tiere und Menschen benötigen Energie, um leben zu können. 

Die Maßeinheit, mit der Energie und Arbeit gemessen wird, heißt Joule (J).

Wenn du mehr über Energie wissen möchtest, findest du interessante Artikel im Internet und in Fachbüchern.

Energie im Alltag

Tagtäglich benötigen wir eine riesige Menge an Energie. Betrachten wir dazu einmal einen ganz normalen Tagesablauf:

• Morgens wirst du von deinem Radiowecker geweckt. Dieser bezieht Strom aus der Steckdose.
• Nach dem Aufstehen schaltest du das Licht an, duschst mit warmem Wasser, das von der Zentralheizung mit Öl oder Gas durch Verbrennung aufgeheizt wurde. Danach trocknest du die Haare mit einem elektrischen Fön und putzt die Zähne mit einer elektrischen Zahnbürste.
• Zum Frühstück bereitest du dir einen Tee oder einen Kaffee zu. Das Wasser hast du in einem Wasserkocher zum Kochen gebracht. Dein Pausenbrot, das du schon am Vorabend zubereitet hattest, lag über Nacht im Kühlschrank. Zur Schule fährst du mit dem Bus, der Straßenbahn oder wirst von den Eltern mit dem Auto gefahren. Bus, Straßenbahn und Auto verbrauchen Treibstoff.

So könnten wir noch lange aufzählen, wofür du Energie benötigst. Die Liste würde endlos lang werden. Auf den Punkt gebracht: Wir alle benötigen eine riesige Menge an Energie.

Öl, Kohle, Kernkraft

Einen Großteil davon gewinnen wir aus den fossilen Brennstoffen Gas, Öl und Kohle. Aber auch aus Kernenergie wird ein Teil unseres Strombedarfes gedeckt. Doch diese Arten der Energiegewinnung haben unterschiedliche Nachteile:

• Die fossilen Brennstoffvorräte auf der Erde sind begrenzt.
• Bei der Verbrennung von Öl und Kohle entstehen Schadstoffe, die die Umwelt verschmutzen, sowie CO2, das für die ständige Erwärmung der Erdatmosphäre verantwortlich ist.
• Die Kernenergie birgt, trotz hoher Sicherheitsstandards, die Gefahr eines radioaktiven Unfalls. Außerdem entstehen radioaktive Abfälle, die noch in tausend Jahren Radioaktivität abstrahlen.

Es gibt aber auch Energieformen, die nicht begrenzt sind, bei denen keine Umwelt verschmutzt wird und die auch keine Gefahr eines radioaktiven Unfalls mit sich bringen. Diese werden dir nun erläutert.

Grundlagen Solarenergie

Als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet man die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, die in Teilen als elektromagnetische Strahlung (Strahlungsenergie) zur Erde gelangt. Der mengenmäßig größte Nutzungsbereich ist die Erwärmung unseres Planeten.

Mit Hilfe der Solartechnik lässt sich die Sonnenenergie auf verschiedene Arten nutzen:

• Sonnenkollektoren erzeugen Wärme und Hitze
• Sonnenwärmekraftwerke erzeugen elektrischen Strom durch Umwandlung von Hitze in Wasserdampf
• Solarkocher oder Solaröfen erhitzen Speisen
• Solarzellen erzeugen elektrischen Gleichstrom (Photovoltaik)

Solarenergie in Strom umwandeln

Eine Solarzelle oder photovoltaische Zelle ist ein elektrisches Bauelement, das die im Licht (in der Regel Sonnenlicht) enthaltene Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie wandelt. Die physikalische Grundlage der Umwandlung ist der photovoltaische Effekt. Die Solarzelle darf nicht mit dem Sonnenkollektor verwechselt werden, bei dem die Sonnenenergie ein Übertragungsmedium (meist Heizwasser) aufheizt.

Solarzellen bestehen aus Silizium. Die Siliziumblöcke werden in ca. 0,5 Millimeter dünne Scheiben zersägt. Die Scheiben werden im nächsten Schritt mit verschiedenen Fremdatomen dotiert, das heißt gezielt verunreinigt, was für ein Ungleichgewicht in der Siliziumstruktur sorgt. Dadurch entstehen zwei Schichten, die positive p-Schicht und die negative n-Schicht.

Vereinfacht ausgedrückt entsteht der elektrische Stromfluss dadurch, dass sich Elektronen aus der n-Schicht, angeregt durch das einfallende Licht, über den angeschlossenen Verbraucher (z. B. Solarmotor) zur p-Schicht bewegen. Je mehr Licht (also Energie) auf die Zelle fällt, desto beweglicher werden die Elektronen.

Wenn man eine Solarzelle an einen Verbraucher anschließt, bewegen sie sich bevorzugt in diese Richtung. Da du dir den Stromfluss als Kreislauf vorstellen kannst, kommen immer wieder Elektronen auf der n-Schicht an und wandern wieder zur p-Schicht. Dieser Elektronenfluss bewirkt, dass Strom fließt und sich der Motor dreht.