Was ist eine Solarzelle?
Wie ist eine Solarzelle aufgebaut?
Meist bestehen Solarzellen aus sogenannten Halbleitern. Diese werden hauptsächlich aus Silizium (Quarzsand) hergestellt. Die Solarzelle besteht aus zwei solcher Halbleiterschichten. Eine der Halbleiterschichten ist negativ dotiert und verfügt über freie Elektronen, in der anderen Schicht fehlen Elektronen, diese ist also positiv dotiert. Dazwischen befindet sich eine Grenzschicht, in der die Elektronen durch die Sonneneinstrahlung (photovoltaischer Effekt) freigesetzt werden.die freigesetzte Ladungen lediglich mittels des Sonnenlichts passieren können. Die Elektronen wandern in die n-dotierte Schicht und erzeugen dort eine Spannung. Die Elektronen aus der n-dotierten Schicht wandern in die p-dotierte Schicht am Übergang. Somit entsteht die Grenzschicht und ein elektrisches Feld.
Wie funktionieren Solarzellen?
Wenn die Photonen der Sonnenstrahlen auf die Solarzelle treffen, werden die Elektronen in der Grenzschicht der Solarzelle gelöst. Von den losgelösten Elektronen sammeln sich auf der einen Seite der Solarzelle die negativ geladenen Elektronen, auf der anderen Seite die positiv geladenen Protonen. Es entsteht also ein Minus- und ein Pluspol, ähnlich wie bei einer Batterie. Um die positiv und negativ geladenen Pole nutzen zu können und elektrischen Strom entstehen zu lassen, werden an der Solarzellen Plättchen aus Silber oder Aluminium angebracht und mit einem Kabel verbunden.
Welche Arten von Solarzellen gibt es?
Monokristalline Solarzellen
Polykristalline Solarzellen
Amorphe Solarzellen
Während die kristallinen Zellen zu den Dickschichtzellen zählen, ist diese Solarzellenart eine nicht-kristalline Dünnschichtzelle. Hier wird ebenfalls Silizium verwendet, allerdings wird es mit anderen Materialien vermischt in einer dünnen Schicht auf ein Trägermaterial wie Glas aufgetragen. Abhängig vom Trägermaterial sind diese Zellen sehr flexibel und können in vielen Formen verwirklicht werden. Die Herstellung dieser Zellen ist unkompliziert und günstig.
Wie hoch ist der Wirkungsgrad von Solarzellen und wie effizient sind sie?
Was ist die Kennlinie von Solarzellen?
Welchen Einfluss hat die Ausrichtung der Solarzellen?
Um einen möglichst hohen Energieertrag zu erreichen, sollten PV-Module senkrecht zur Sonneneinstrahlung aufgestellt werden. Der Einstrahlungswinkel in Deutschland schwankt zwischen ca. 60° im Sommer und ca. 20° im Winter. Aus dem Süden kommt während des Tages die stärkste Sonneneinstrahlung. Je südlicher die PV-Anlage ausgerichtet ist, desto höher der Stromertrag. Zur Ausrichtung von Solaranlagen wird der sogenannte Azimut genutzt. Die Bestimmung des optimalen Azimuts ist einer von vielen Faktoren, die die Höhe des Ertrags einer Anlage mitbestimmen. Mehr zum Azimut lesen Sie in unserem zugehörigen Glossarbeitrag.
Wo werden Solarzellen eingesetzt?
Solarzellen können vielfältig eingesetzt werden: Neben Solarzellen auf dem Haus- oder Gewerbedach, die mittels des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) gefördert werden, tragen Solarzellen auch in anderen Bereichen zur Energiewende bei: Wer auf seinem Dach keine Module anbringen kann, kann dennoch auf dem Balkon oder im Garten eigenen Strom produzieren. Portable Solarzellen kennt man von Taschenrechnern, Outdoor Lichtern, mobilen PV-Modulen zum Laden von Smartphones und anderen Geräten, Solarzellen im Modellbau, die in Räumen mit Lampen geladen werden können, und vieles mehr. Auch in der Automobilbranche sind Solarzellen bereits in der Testphase: Da momentan der Wirkungsgrad mit 20% zu gering ist, bringen die Zellen bei der geringen Fläche auf dem Auto nur minimal mehr Reichweite. Bei effizienteren Solarzellen (Wirkungsgrad > 30%), könnten sich die Solarzellen auf dem Dach jedoch vielleicht schon bald lohnen.
Wie hoch ist die Lebensdauer von Solarzellen?
Bei mono- und polykristallinen Solarzellen beträgt die durchschnittliche Lebensdauer 25 bis 30 Jahre. Amorphe Solarzellen haben eine Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren.
