Solarpark Photovoltaik - © Foto: iStock / grandriver

Solar-Boom: Großflächige Ambitionen

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Solarstromanlagen verzeichnen Rekordzuwächse. Wie aber steht es um die Klima- und Bodenbilanz dieser Technologie? Hat die Erde dafür genug Silizium? Und wie funktioniert Photovoltaik überhaupt? Eine Analyse.

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Solarstromanlagen verzeichnen Rekordzuwächse. Wie aber steht es um die Klima- und Bodenbilanz dieser Technologie? Hat die Erde dafür genug Silizium? Und wie funktioniert Photovoltaik überhaupt? Eine Analyse.

Verbaut in Taschenrechnern, installiert auf steilen Berghängen und Einfamilienhäusern, auf Wohnwägen und Fabrikhallen – Photovoltaikanlagen erscheinen heute schon fast allgegenwärtig. Und die Marktentwicklung des letzten Jahres war eindrucksvoll. Der jährliche Bericht „Innovative Energietechnologien in Österreich“ des Klimaschutzministeriums hat das belegt: 2021 wurden hierzulande so viele Photovoltaik-(PV-)Anlagen zugebaut wie nie zuvor. 740 Megawattpeak kamen im letzten Jahr neu dazu. Damit wurde der Photovoltaikzubau von 2020 mehr als verdoppelt.

Solarzellen produzieren emissionsfrei Strom aus Sonnenlicht und sind damit ein zentrales Element der Energiewende: Die Bundesregierung möchte daher bis 2030 die Produktion von Solarstrom auf eine Energie von jährlich elf Terawattstunden steigern. Es gibt aber auch Stimmen, die diesem Solar-Boom kritisch gegenüberstehen. Immerhin bestehen Solarzellen aus Silizium, werden meist in China gebaut und dann um die Welt verschifft, wobei erhebliche Treibhausgasemissionen anfallen. Außerdem kann es doch nicht umweltfreundlich sein, intakte Bergwiesen mit Solarpaneelen vollzustellen. Doch wieso brauchen Solarzellen überhaupt Silizium, und wie steht es wirklich um die Klimabilanz und den Bodenverbrauch der Paneele?

Vielseitiges Silizium

Solarzellen bestehen großteils aus Silizium, da dieses Element sehr häufig vorkommt und Eigenschaft hat, ein Halbleiter zu sein. Das ist für diese Technologie unerlässlich. Halbleiter sind Materialien, die Strom nur dann leiten, wenn ihnen von außen Energie zugeführt wird. So erzeugt Sonnenlicht in Silizium freie Ladungsträger, indem es ein negativ geladenes Elektron aus einem Siliziumatom ausschlägt. Zurück bleibt ein positiv geladenes Atom. Das Sonnenlicht hat damit freie Ladungen geschaffen, die man als Strom nützen kann. Doch dazu muss verhindert werden, dass sich das Elektron wieder an sein Atom bindet.

Dafür bedient man sich eines Tricks: Solarzellen haben zwei Schichten, die zwar beide aus Silizium bestehen, aber mit je verschiedenen Fremdatomen versetzt sind, etwa Phosphor und Bor. Phosphor besitzt ein Elektron mehr, als es braucht, um mit Silizium eine Bindung einzugehen; Bor hingegen eines zu wenig. Daher gibt es in der mit Phosphor versetzten Schicht einen Elektronenüberschuss, es herrschen die negativen Ladungen vor („n-Schicht“). Dort, wo Bor ins Silizium gemischt wurde, bildet sich hingegen eine positiv geladene „p-Schicht“ aus. In der Mitte der Solarzelle berühren sich die beiden Schichten.

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