Hintergrundinformationen zur Photovoltaik

Kleines Lexikon
der Begriffe und Formeln

Ampere

Ampere ist die Maßeinheit für die Stromstärke benannt nach dem französischen Physiker André Marie Ampère, 1775 - 1836. Damit wird gemessen wieviele Elektonen durch eine Leitung fließen.

Das Formelzeichen für die Stromstärke ist: I

Die Maßeinheit: A (Ampere),
mA(Milliampere = 0,001A), µA(Mikroampere = 0,000 001A), nA(Nanoampere = 0,000 000 001A)

Formeln zur Berechnung der Stromstärke sind:
I (Stromstärke) = U (Spannung) R (Widerstand) [Ohmsches Gesetz]
I (Stromstärke) = P (Leistung) U (Spannung)

Die Amperstunde (Ah) oder Ampersekunde (As) ist die physikalische Einheit der elektrischen Ladung. Oder anders gesagt, sie gibt an, über welche Zeit die angegebene Stromstärke abgegeben werden kann. Sie gibt damit z.B. die gespeicherte Ladung in einem Akku oder einer Batterie an.

Messen des elektrischen Stromes:

Das Strommessgerät (z.B. Multimeter) wird immer in Reihe zum Verbraucher angeschlossen. Dazu muß die Leitung des Stromkreises aufgetrennt werden um das Messgerät in den Stromkreis einzufügen. Während der Messung muß der Strom durch das Meßgerät fließen. Es muss beachtet werden, ob Wechsel- oder Gleichstrom (AC/DC) durch die Schaltung fließt.

ACHTUNG: Elektrischer Strom!

Experimente mit Batterien (1,5 V, 9V, 12V) gelten im allgemeinen als ungefährlich. Hier fließt nur schwacher Strom. Bei Stromquellen hoher Spannungen können sehr hohe Stromstärken erreicht werden. Hier besteht Lebensgefahr!

Brennstoffzellen

Brennstoffzellen wandeln chemische Energie in elektrische und thermische Energie um (ähnlich wie eine Batterie). Dabei sind die chemischen Energieträger gasförmig (z.B. Wasserstoff plus Sauerstoff). Brennstoffzellen funktionieren ohne Verbrennungsprozess und stoßen praktisch keine Schadstoffe aus. Link: Infoseite Brennstoffzellen

Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Das EEG hat als Ziel die nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung zu fördern und den Beitrag erneuerbarer Energien an der Stromversorgung deutlich zu erhöhen. Der Anteil der erneuerbaren Energien soll bis zum Jahr 2010 mehr als verdoppelt werden.
Das Gesetz regelt die Abnahme und die Vergütung von Strom, der ausschließlich aus Wasserkraft, Windkraft, Photovoltaik, Geothermie, Deponiegas, Klärgas, Grubengas, oder aus Biomasse gewonnen wird, durch die Energieversorgungsunternehmen.
Download des Gesetzestext im pdf Format

Elektrowärmepumpe

Sie erschließt die in unserer Umwelt in Luft, Wasser oder Erdreich gespeicherte Sonnenwärme. Das Prinzip ist in allen Fällen gleich und entspricht der umgekehrten Funktion eines Kühlschrankes. Die Wärme z.B. des Grundwassers läßt ein flüssiges Kältemittel zu Dampf werden. Ein Kompressor verdichtet diesen Kaltdampf und bringt ihn auf eine höhere Temperatur. Die Wärme des jetzt heißen Dampfes wird im Verflüssiger an das Heizsystem abgegeben (Wärmetausch). Hierbei wird das unter Druck stehende Kältemittel wieder flüssig, anschließend durch ein Ventil entspannt und dem Verdampfer wieder zugeführt. Unser Gemeindehaus wird seit dem Bau 1980 mit einer Wärmepumpe und der Erdwärme geheizt.

Förderprogramme

Es gibt in Deutschland zur Zeit eine ganze Reihe Massnahmen zur Förderung der Investitionenin erneuerbare Energien (Übersicht). Darunter das EEG mit der Einspeisevergütung und das 100.000 Dächerprogramm mit einem zinsverbilligtem Darlehen auch für Privatpersonen und Vereine.

CO2

CO2 ist die chemische Formel für Kohlendioxid. Es wird bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzt. Bei einem normalen Kreislauf sollte das produzierte Kohlendioxid mittels der Photosynthese der Pflanzen ausgeglichen werden. Durch den hohen Ausstoß von weltweit jährlich 22 Milliarden Tonnen und der fortschreitenden Rodung der Wälder führt es jedoch zu einem CO2-Überschuss der den Treibhauseffekt verstärkt.

Photovoltaik

Die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom wird Photovoltaik genannt und ist eine der wichtigsten Zukunftstechnologien. Die Umwandlung erfolgt durch die Ladungstrennung im Halbleitermaterial der Solarzellen, in denen das auftreffende Licht einen Stromfluß erzeugt. Bei voller Sonnenstrahlung (ca. 1000 Watt pro Quadratmeter) kann eine Solarzelle 10-12 Prozent dieser Energie direkt in Strom verwandeln.

Treibhauseffekt.

Wasserdampf und atmosphärische Spurengase wie Kohlendioxid, Distickstoffoxid, Methan und Ozon verhindern einen Teil der Wärmeabstrahlung der Erde. Hierdurch erwärmt sich die Erde ähnlich wie in einem Treibhaus im Jahresdurchschnitt auf eine Temperatur von etwa 15 Grad Celsius.
Zu diesem natürlichen und für das Leben auf der Erde wichtigen Treibhauseffekt kommt der vom Menschen geschaffene Treibhauseffekt durch zusätzliche Freisetzung von klimawirksamen Gasen hinzu. Hauptverursacher des zusätzlichen Treibhauseffekts ist der Ausstoß von Kohlendioxid (CO2).
Link: Infoseite Treibhauseffekt

Volt

Volt ist die Maßeinheit für die elektrische Spannung, benannt nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta, 1745 - 1827.

Spannungsquellen besitzen immer zwei Pole, mit unterschiedlicher Ladung. Auf der einen Seite ist der Pluspol mit einem Mangel an Elektronen. Auf der anderen Seite ist der Minuspol mit einem Überschuß an Elektronen. Diesen Unterschied der Elektronenmenge nennt man elektrische Spannung. Die elektrische Spannung entsteht durch das Ausgleichsbestreben von elektrischen Ladungen. Sie ist der Druck oder die Kraft auf freie Elektronen. Entsteht eine Verbindung zwischen den Polen unterschiedlicher Spannung, kommt es zur Entladung. Dabei fließt ein elektrischer Strom. Bewegen sich die Ladungsträger konstant in einer Richtung, dann spricht man von einem Gleichstrom (z.B. arbeiten Photovoltaikanlagen mit 12 Volt Gleichstrom), pendeln sie dagegen hin und her, dann spricht man von Wechselstrom (unser Haushaltsstromnetzt arbeitet z.B. mit 230 Volt Wechselstrom).

Das Formelzeichen für die Spannung ist: U

Die Maßeinheit: V (Volt)
MV (Megavolt = 1 000 000V), kV(Kilovolt = 1000V), mV(Millivolt = 0,001V)

Die Formel zur Berechnung der Leistung ist:
U (Spannung) = I (Stromstärke) R (Widerstand)
U (Spannung) = P (Leistung) I (Stromstärke)

Messen der elektrischen Spannung

Das Spannungsmessgerät (z.B. Multimeter) wird immer parallel zum Verbraucher oder zur Spannungsquelle angeschlossen. Bei der Messung an der Spannungsquelle wird der momentane Spannungswert gemessen. Am Verbraucher wird der Spannungsabfall gemessen. Das ist die Teilspannung von der Gesamtspannung der Spannungsquelle.
Beim Messen mit dem Spannungsmessgerät ist zu beachten: Die Spannungsart, also Wechsel- oder Gleichspannung(AC/DC) müssen eingestellt werden. Bei Gleichspannungen ist evt. auf die Polarität zu achten.

ACHTUNG: Elektrische Spannung!

Experimente mit Batterien (1,5 V, 9V, 12V) gelten im allgemeinen als ungefährlich. Spannungen über 42 Volt aber sind gefährlich. Haushaltsgeräte arbeiten mit 230V und innerhalb der Geräte teils mit mehreren 1000V (z. B. Fernsehgeräte). Hier besteht Lebensgefahr!

Wasserstoff

Wasserstoff (chemische Zeichen H) ist ein brennbares, geruchloses Gas, das sich gut speichern lässt. Wird es verbrannt, entsteht mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff nichts anderes als Wasser (H2O). Wasserstoff ist deshalb ein hervorragender Energieträger für regenerative Energiequellen. Er läßt sich in Pipelines oder in Tankwagen transportieren, ganz ähnlich wie das heutige Erdgas und eignet sich als Treibstoff für Fahrzeuge genauso wie zum Heizen oder zur Stromerzeugung (siehe Brennstoffzellen).
Link: HyWeb: Wasserstoff als Energieträger

Watt

Watt ist die Maßeinheit für die elektrische Leistung benannt nach dem schottischen Erfinder James Watt, 1736 - 1819, der als Erfinder der Dampfmaschine gilt und die Leistungseinheit PS (Pferdestärke) einführte. Exakt ausgedrückt ist ein Watt die Leistung eines Vorgangs, bei dem in einer Sekunde die Arbeit ein Joule verrichtet wird. 1 Watt = 1 Joule / 1 sec.

Das Formelzeichen für die elektrische Leistung ist: P
Die Maßeinheit ist: W (Watt),
MW (Megawatt= 1000kW), kW (Kilowatt = 1000W), mW (Milliwatt = 0,001W)

Die Formel zur Berechnung der Leistung ist:
P (Leistung) = U (Spannung) I (Stromstärke)

Wird die elektrische Leistung für eine bestimmte Dauer angegeben, spricht man auch von der elektrischen Arbeit oder von Watt pro Stunde, also der Leistung, die ein Gerät mit einem Watt in einer Stunde verrichtet. Die Maßeinheit ist: Wh (Watt pro Stunde),
So bedeutet zum Beispiel die Angabe 1000W auf einen Elektogerät, dass in einer Stunde Betrieb 1000W verbraucht werden, also 1 Kilowattstunden (kWh). Das Elektrizitätswerk stellt diese Kilowattstunden dann in Rechnung.

Die Formel zur Berechnung der Wattstunde ist:
P (Leistung) = U (Spannung) I (Stromstärke) Zeit (z.B. Stunde)

Widerstand

Die Bewegung freier Ladungsträger im Inneren eines Leiters hat zur Folge, daß die freien Ladungsträger gegen Atome stoßen, und in ihrem Fluß gestört werden. Diesen Effekt nennt man einen Widerstand! Der Widerstand begrenzt die Strommenge, die in einem Stromkreis fließen.

Das Formelzeichen des Elektrischen Widerstandes ist: R

Die Maßeinheit ist: Ohm
MOhm (Megaohm = 1 000 000 Ohm), kOhm (Kiloohm = 1 000 Ohm), mOhm (Milliohm = 0,001 Ohm)

Die Formel zur Berechnung des elektrischen Widerstandes ist:
R (Widerstand) = U (Spannung) I (Stromstärke)

Beim Messen mit einem Widerstandsmesser (z.B. Multimeter) ist zu beachten: Das zu messende Bauteil darf während der Messung nicht an eine Spannungsquelle angeschlossen sein, weil das Meßgerät über die Spannung oder den Strom den Widerstandswert ermittelt.