Photovoltaik

1934 in Griechenland geboren, studierte Stratis Karamanolis in Athen Elektrotechnik. Auf einer Reise nach London blieb er eher unerwartet in München, wo er ein Betätigungsfeld als Diplomingenieur fand. Nach vierjähriger Tätigkeit in der Elektroindustrie (Rohde & Schwarz) wechselte er zur Luft- und Raumfahrttechnik (vormals MBB), in der er bis 1978 tätig war. Seither wirkt er als freier Schriftsteller und Verleger. Erfolgsautor Karamanolis, der Vielschreiber – wie er vom Informationsdienst der deutschen Bibliotheken bei Buchbesprechungen wiederholt bezeichnet wurde – (Spacelab, Phänomen Zeit, Einsteins Relativitätstheorie, Rätsel der Materie, Einstein für Anfänger, Einstein und die Atombombe, Lasertechnik, Sonnenenergie, Zurück zur Sonne, Die vernetzte Gesellschaft, Die Internationale Raumstation, Der Flug zum Mars, Wasserstoff-Energieträger der Zukunft, Brennstoffzellen, Faszination Nanotechnologie u.v.a.) hat mit seiner Publikation "Die Suche nach der Weltformel" die Vier-Duzend-Grenze bei weitem überschritten. Die erfolgreichsten Titel des Systemdenkers sind auch in englischer, französischer, spanischer, holländischer, flämischer, indonesischer, und tschechischer Übersetzung erschienen. Mehrere seiner Bücher sind von der Deutschen Blindenanstalt e.V. (Marburg) in Blindenschrift übertragen bzw. vertont worden.

Geleitwort
Vorwort
1 Die Klimawandel-/Energieproblematik und die Bedeutung der Solarenergie
2 Energie: Wesen und Bedeutung
3 Energiebedarf – Energiequellen – Energiedeckung
4 Die Sonne als Energiequelle
5 Photovoltaik und Solarzellen
6 Solarmodule
7 PV-Anlagen
8 Nachführsysteme
9 Solararchitektur und Photovoltaik
10 Solarindustrie und Börse: Die Sonne wird wieder scheinen
Anhang
Solarwasserstoff: Eine neue, auf erneuerbare Energien gestützte Weltenergiewirtschaft
Glossar
Literatur
Forschungsinstitute
Verbände
Sachregister

GELEITWORT: Es herrscht schon längst Konsens darüber, dass Klimawandel und Energieknappheit ein existenzielles Doppelproblem der Zivilisation darstellen, zu dem sich mittlerweile noch die Finanzkrise gesellt. Die Weltgemeinschaft muss also ein dreifaches Problem lösen, wenn wir den kommenden Generationen eine einigermaßen intakte Umwelt hinterlassen wollen. Die Lösungen dürfen nicht getrennt voneinander erfolgen, um zu verhindern, dass die Schritte zur Überwindung der Finanzkrise die Klimakrise und die der Verfügbarkeit konventioneller Energieressourcen noch weiter verschärfen. Diese beiden Krisen sind nur überwindbar durch den Wechsel zu erneuerbaren Energien.Dieser muss absoluter Schwerpunkt der Reorientierung auf realwirtschaftliche Investitionen im Finanzsystem werden. Der Weg dorthin ist sicher mühsam. Aber geradezu lebensgefährlich ist es, wenn wir diese Anstrengung nicht mit aller Kraft und Geschwindigkeit auf uns nehmen. Praktische Voraussetzung dafür ist eine leistungsfähige Anlagenindustrie für Erneuerbare-Energie-Techniken. Unter diesen ist die wichtigste Technik die der direkten Umwandlung von Sonnenlicht und Strom. Sie ist an jedem Ort der Welt einsetzbar, in kleinsten und größeren Maßstäben. Sie hat den geringsten Infrastrukturbedarf im Einsatz. Sie ermöglicht das, was ich in meinem Buch „Energieautonomie“ empfehle: individuelle, lokale, regionale, nationale Unabhängigkeit von Energielieferanten. Sie wird immer billiger, je mehr Anlagen produziert und die Technologie zügig weiterentwickelt wird. Das vorliegende Buch, verfasst von einem erfahrenen Autor und Kenner der Solartechnologie liefert sachkundige Informationen – für allgemein interessierte wie für Wissenschaftler, Entwickler, Unternehmer und Anwender. Ich wünsche dem Buch viel Aufmerksamkeit, damit die Solaridee sich immer mehr ausbreitet. Eine Idee, für die es keine tragfähige Alternative gibt. Dr. Hermann Scheer Präsident von EUROSOLAR VORWORT: Die Geschichtsbücher werden einmal davon berichten, dass die Erdianer irgendwann im Laufe der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts „plötzlich“ feststellten, dass das „Raumschiff“ Erde bereits zu sinken begonnen hatte. Grund dafür war, dass Kapitäne samt Besatzung nicht rechtzeitig dafür gesorgt hatten, das schon lange erkrankte Ökosystem der Erde gründlich zu „behandeln“. Die gleichen Geschichtsbücher werden auch darüber berichten, dass die Epoche der fossilen Energieträger sich bald dem Ende zuneigte und trotzdem keiner bereit war, an ein neues, auf erneuerbare Energien gestütztes Energiesystem ernsthaft zu denken. Die Geschichtsbücher werden aber auch darüber berichten, dass gegen Ende des 20., Anfang des 21. Jahrhunderts die Gesamtproblematik sowohl von Politikern als auch von den sonstigen Entscheidungsträgern endlich erkannt wurde und bald darauf die nötigen Schritte eingeleitet wurden; und diese Schritte hängen, wie inzwischen jeder weiß, eng mit der Nutzung der Solarenergie zusammen. Denn nur diese unerschöpfliche Energieform kann die entstandene Klimawandel-/Energieproblematik lösen – eine Doppelproblematik, die sich inzwischen zu einer Dreifachproblematik entwickelte, nachdem die Finanzkrise sich hinzugesellte. Solarenergie-Visionäre waren aber schon lange der Meinung, dass nur die Sonne die Energiequelle sei, die die Energieprobleme der Erde zu lösen vermag; und dazu zählen mehrere bekannte Namen. Carl Friedrich von Weizsäcker meinte beispielsweise, dass „die Sonne die Hauptenergiequelle des nächsten [21.] Jahrhunderts sein wird“. Robert Jungk wiederum vertrat die Meinung, dass „das Herbeiführen des Sonnenzeitalters die Schicksalsfrage für die Zukunft der Menschen sei“; und Wernher von Braun verkündigte einst: „Wir stehen an der Schwelle eines neuen Zeitalters, das als Sonnenzeitalter bezeichnet werden kann.“ Diese Schwelle ist erfreulicherweise inzwischen überschritten. Denn wir befinden uns auf dem besten Weg, eine neue, auf erneuerbare Energien gestützte Weltenergiewirtschaft zu etablieren. Hauptsäule dieser Energiewirtschaft sind zweifelsohne die Photovoltaik (kurz PV genannt) und die Solarthermie. Hinzu kommen natürlich auch die sonstigen regenerativen Energiequellen wie Windenergie, Wasserkraft, Biomasse, Geothermie u.a. Gegenstand des vorliegenden Buches ist die Photovoltaik – jene Technologie, die dazu dient, aus Sonnenstrahlung geräuschlos und umweltfreundlich elektrische Energie zu gewinnen. Schlüsselelement dieser Technologie ist die Solarzelle – jenes Bauelement, das sich inzwischen auf dem besten Weg befindet, nicht nur die „Dächerwelt", sondern auch die ganze Welt zu erobern. Das Buch geht aber einen Schritt weiter und beschreibt auch die Bedeutung, die das „Phänomen“ Energie für Mensch und Natur generell aufweist. Im Rahmen eines Anhangs ist auch die künftige Solarwasserstoff-Energiewirtschaft kurz angesprochen – eine Energiewirtschaft, die sich vorwiegend auf Wasserstoff stützt, der mit Hilfe der Solarenergie gewonnen wird und deswegen Solarwasserstoff genannt wird. Im Rahmen dieser Energiewirtschaft wird die Photovoltaik, und zwar parallel zur Solarthermie, eine wichtige Rolle spielen. Während der Vorbereitung des Manuskriptes musste ich mehrere Informationsquellen „anzapfen“ und viele, zum Teil intensive Gespräche mit Experten führen. Dabei wurde ich des Öfteren von den Fortschritten überrascht, die die Solartechnologie und insbesondere die Photovoltaik während der letzten zwei Jahrzehnte des vorangegangenen 20. Jahrhunderts erzielen konnten. Diese Zeitspanne war für mich deswegen maßgebend, weil meine ersten Bücher ü ber die Solarenergie bereits Ende der achtziger Jahre publiziert wurden. Mehrere Experten der damaligen Zeit sind inzwischen nicht mehr aktiv. Sie wurden längst von Jüngeren „ersetzt“. Allen diesen Experten bin ich zu Dank verpflichtet. Insbesondere bedanke ich mich bei den heute aktiven Spezialisten wie beispielsweise Dr. Konstantinos Fostiropoulus vom Helmholtz-Zentrum Berlin, der mir wichtige Informationen zum Thema organische Zellen zur Verfügung stellte. Mein Dank gilt auch Herrn Dipl.-Ing. Wolfgang Dollinger, der zum Thema PV-Anlagen wertvolle Informationen lieferte. Ich danke auch Dr. Alois Knopf, der unermüdlich zahlreiche Informationen zum Thema Solarenergie generell zusammentrug und entsprechend verarbeitete. Zum Schluss bedanke ich mich auch bei meiner Lektorin Claudia Brandt, die durch ihre zahlreichen gezielten Fragen und Vorschläge viel dazu beitrug, die Qualität des Manuskriptes wesentlich zu verbessern. Herrn Dr. Lothar Altmann danke ich ebenfalls, er sorgte für die Endkorrekturen. Weilheim, im Sommer 2009 Der Autor

Die Klimawandel-/Energieproblematik und die Bedeutung der solarenergie Energiesicherung, Klimaschutz und seit 2008 auch Finanzkrise sind eng miteinander verbunden und bilden das "magische" Dreieck "Energiesicherung - Klimawandelbewältigung - Finanzkrisenbewältigung", das die ganze Staatengemeinschaft intensiv beschäftigt. Kein "EU-Spitzentreffen", kein "G-8-Gipfel" und keine "Nobelpreisträger-Tagung", wo diese Dreifachproblematik nicht als Hauptdiskussionsthema behandelt wird. Wie ernst diese Problematik inzwischen ist, bezeugt u.a. auch die Tatsache, dass 10 000 Delegierte aus 186 Ländern, darunter auch 120 Umweltminister und zahlreiche Regierungschefs, im Dezember 2007 auf Bali in Indonesien zusammentrafen, um Wege aus der vorhandenen Multisackgasse zu finden. Die Wichtigkeit dieser Thematik bezeugt auch die Tatsache, dass der Friedensnobelpreis des Jahres 2007 an zwei Klimakämpfer verliehen wurde, an den ehemaligen US-Vizepräsidenten Al Gore wegen seines Kinofilms "Eine unbequeme Wahrheit", an den IPCC, weil er wesentlich dazu beigetragen hat, das öffentliche Bewustsein für die Klimawandelproblematik zu stärken; denn die Gefahr, dass sich die Erde bald zu einem unbewohnbaren Planeten umgewandelt haben könnte, ist schon längst erkannt. Erkannt ist inzwischen auch der Ernst der Lage, sodass weltweit zahlreiche koordinierte Anstrengungen unternommen werden, um die Gefahr zu bannen. Das Klima der Erde ist von der einfallenden Sonnenstrahlung und ihrer Absorption durch den Erdboden und die Atmosphäre abhängig. Die Absorption durch die Atmosphäre hängt wiederum mit der Zusammensetzung und der Konzentrazion der vorhandenen Gase zusammen. Die wichtigsten davon sind das Kohlendioxid (CO2), das Methan (CH4) und das Ozon (O3). Hauptursache der Entstehung von CO2 ist die Verbrennung fossiler Energieträger wie Erdöl, Erdgas und Kohle in Kraftwerken, Industrie und Privathaushalten sowie die Verbrennung von Kraftstoffen in Automobilen, Flugzeuigen und sonstigen Kraftfahrzeugen. Hinzu kommt auch der Mensch selbst, der täglich etwa 700 Gramm CO2 ausatmet. Bei etwa 6,2 Milliarden Menschen macht dies eine CO2-Menge von etwa 1,6 Milliarden Tonnen jährlich - eine enorme Menge. Vor Beginn des Industriezeitalters lag die CO2-Konzentration höchstwahrscheinlich bei knapp 300 ppm (part per Million, d.h. 300 CO2-Teilchen pro eine Million Teilchen der Erdatmosphäre). Dieser Wert ist zwar heute wissenschaftlich nicht exakt nachprüfbar, Baumringanalysen und Eiskernbohrungen scheinen ihn jedoch in dieser Größenordnung zu bestätigen. Die ersten verlässlichen CO2-Messwerte atammen aus dem Jahr 1958. Sie wurden auf Hawaii gewonnen, wo.usw., usw.

Kapitel2: Energie:Wesen und Bedeutung Zu den bedeutensten Philosophen der Antike gehört auch Heraklit von Ephesos (544–484 v. Chr.). Er gilt als der „Aristoteles“ des 6. Jahrhunderts v. Chr. Seine Philosophie stützt sich auf den berühmten Satz „. “, d.h. der Wandel aller Dinge; und dieser Satz schließt auch das „Phänomen“ Energie ein – das wichtigste Naturgut überhaupt; denn aus Energie kann alles „hergestellt“ werden, auch die Urenergieformen Materie,Raum und Zeit. Als Vorläufer des Begriffs Energie gilt der Begriff Feuer, der ebenfalls zu Heraklits Philosophie zählt. Mit diesem Begriff meinte er aber nicht nur den Urstoff aller Dinge, sondern auch das Symbol der ewigen Unruhe bzw. des ständigen Werdens und Vergehens der Welt insgesamt. Der niemals endende Weltentstehungsprozess erfolgt nach seiner Auffassung auf zwei Wegen: dem Weg nach unten, auf dem sich das Feuer in Wasser und dieses wenigstens zumTeil in Erde verwandelt, und dem Weg nach oben, auf dem aus Erde und Wasser Ausdünstungen aufsteigen, denen Heraklit unter anderem auch die Seelen der Lebewesen zurechnete. Diese Ausdünstungen haben allerdings unterschiedliche Charaktere. Die „helleren“ und „reineren“ von ihnen verwandeln sich in Feuer und werden als Sonne, Mond und Sterne wahrgenommen. Die „dunklen“ und „feuchten“ dagegen sind die Ursachen des Regens und anderer meteorologischer Erscheinungen. Aus dem wechselnden Aufkommen der einen oder anderen Art dieser Erscheinungen erklärt sich der Wechsel von Tag und Nacht, Sommer und Winter.Aus dem Urstoff Feuer versucht also Heraklit nicht nur die Weltentstehung, sondern auch die Gesetzmäßigkeiten der Materie. usw. usw. Kapitel 10: Solarindustrie und Börse: Die Sonne wird wieder scheinen Die Finanzkrise des Jahres 2008 kostete der Weltwirtschaft über 50 Billionen Dollar und hat erwartungsgemäß auch die Solarindustrie hart getroffen. Dennoch ist diese Branche mittel- und vor allem langfristig nur zum Erfolg „verurteilt“; und der Grund dafür ist inzwischen allen bekannt: Die Klimawandel-/Energieproblematik kann nur mit Hilfe der Solartechnologie bewältigt werden – eine Technologie, die neben der Nanotechnologie und der Computeltechnologie (Computer + Telekommunikation) zu den drei Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts zählt. Politiker, Energie-/Klimaexperten und die breite Öffentlichkeit haben erfreulicherweise diese Tatsache schon längst erkannt und tragen gemeinsam dazu bei – jeder nach seiner Art – der Solartechnologie zum Erfolg zu verhelfen. Die Ergebnisse dieser Bemühungen sind inzwischen in Deutschland, in Europa und auch weltweit deutlich erkennbar. Photovoltaikproduktion und Photovoltaikforschung haben Deutschland unter die führenden PV-Exportländern katapultiert, gefolgt von Spanien, den Niederlanden, Italien, Frankreich, Österreich, Luxemburg und Großbritannien. Im Jahr 2005 betrug beispielsweise der Gesamtumsatz der Solarindustrie in Deutschland 22,9 Milliarden Euro. Dabei waren die einzelnen Solarbereiche wie folgt daran beteiligt: • Biomasse/Wärme: 9,1 Mrd. • Photovoltaik: 6,24 Mrd. • Windenergie: 5,65 Mrd. • Wasserkraft: 1,28 Mrd. • Geothermie: 0,59 Mrd. Im Jahr 2007 lag die installierte PV-Leistung bei 1,35 GWp * – ein sehr hoher Zuwachs; denn wenige Jahre zuvor, konkret im Jahr 2001, lag sie nur bei ca. 70 MWp. Auch die Zahl der in der Branche. usw., usw.