Sonnenenergie direkt in die Batterie

Um Solarzellen zur Versorgung von elektronischen Schaltungen einzusetzen, mussten sie bisher in Reihe geschaltet werden. Zu klein ist die Ausgangsspannung von 0,5 V einer einzelnen Zelle. Ein neuer Gleichspannungswandler von Texas Instruments kann mit derartig kleinen Spannungen arbeiten und z.B. den Ruhestrom mobiler Geräte liefern und zugleich den Akku permanent nachladen.

Um Solarzellen zur Versorgung von elektronischen Schaltungen einzusetzen, mussten sie bisher in Reihe geschaltet werden. Zu klein ist die Ausgangsspannung von 0,5 V einer einzelnen Zelle. Ein neuer Gleichspannungswandler von Texas Instruments kann mit derartig kleinen Spannungen arbeiten und z.B. den Ruhestrom mobiler Geräte liefern und zugleich den Akku permanent nachladen.

INHALT:
Die Sonne als Energiequelle
Aufbau und Funktion einer Solarzelle
Wirkungsgrad
Strom und Spannung aus Sonnenenergie
Sonnenenergie für unterwegs
Solarstrom in der Zukunft
Unterschiedliche Solarzellen-Typen
Autor

Im täglichen Leben ist sich wahrscheinlich kaum einer wirklich bewusst, dass die Sonne unser primärer Energielieferant ist. Erdöl, Gas, Wasser- und Windkraft sind letztlich Resultate der eingestrahlten Sonnenenergie. Gerade in der heutigen Zeit, in der sich jeder mit dem Thema Klimawandel auseinandersetzen muss, ist es wichtiger denn je, mit den Ressourcen, die unserem Planeten zur Verfügung stehen, effizient umzugehen. Was liegt da näher, als die Sonnenenergie gleich direkt zu nutzen. Einer dieser Wege ist die Photovoltaik, die Sonnenenergie direkt in elektrischen Strom umwandelt. Die Solarzelle wird einfach mit dem gewünschten System verbunden, um dann damit z.B. einen Akku zu laden oder unbegrenzt Musik hören zu können. Um das mit nur einer Solarzelle zu erreichen, hat Texas Instruments den neuen Aufwärtswandler TPS61200 entwickelt. Der Gleichspannungswandler startet bereits ab einer Spannung von 0,5 V und ermöglicht es erstmals, mit der Spannung einer einzelnen Solarzelle zu arbeiten.

Die Sonne als Energiequelle

Um abzuschätzen, wie viel Strahlung von der Sonne zur Erde gelangt, muss der Abstand zwischen Erde und Sonne bekannt sein und wie viel Energie die Sonne aus der Fusion von Wasserstoff zu Helium gewinnt. Ins richtige Verhältnis gesetzt, ergibt dies einen Wert von 1367 W/m2. Diese so genannte Solarkonstante ist die Energiedichte der solaren Strahlung außerhalb der Erdatmosphäre. Auf der Erdoberfläche kommt letztlich nur ein stark gefilterter Teil der Sonnenstrahlung an. Gasmoleküle in dünner Konzentration wie Wasserdampf, CO2, Lachgas (N2O), Methan (CH4) und Flour-Chlor- Kohlenwasserstoffe (FCKW) absorbieren das Licht im nahen Infrarotbereich, Ozon und Sauerstoff im ultravioletten. Röntgen- und Teilchenstrahlung werden fast vollständig in der Atmosphäre absorbiert. Auf der Erdoberfläche kann also nur ein Teil der von der Sonne eingestrahlten Energie verwertet werden. Die Abnahme der Energie ist proportional zur Weglänge, die die elektromagnetische Strahlung durch die Atmosphäre zurücklegen muss. Da die Weglänge stark vom Einfallswinkel abhängt, spielt dieser ebenfalls eine Rolle. Das Verhältnis von wirklicher Weglänge (l) durch die Atmosphäre zu senkrechtem Strahlungseinfall (l0) gibt die so genannte Air- Mass-Zahl (AM) wieder. Die Filterwirkung der Atmosphäre kann damit für jeden Punkt auf unserem Planeten eine Aussage darüber geben, wie groß die auf dem Erdboden nutzbare Strahlungsintensität ist. Für Berlin z.B. ergeben sich Werte zwischen AM 1,15 und AM 4,12 – abhängig vom jahreszeitlichen Sonnenstand. Der Wert von AM 1 bedeutet senkrechten Strahlungseinfall und AM 0 entspricht dem Wert außerhalb der Atmosphäre (1367 W/m2). Der Wert von 1,5 AM wird bei Solarzellen als Referenzwert für die Energieausbeute benutzt und entspricht einer Lichtintensität von 1000 W/m2. Dieser Wert findet sich in allen Datenblättern von Solarzellen- Herstellern wieder, da alle elektrischen Größen bei 1000 W/m2 angegeben sind.