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So funktioniert Photovoltaik
Aus Licht wird Strom

Photovoltaikanlagen, die man immer häufiger z.B. auf Hausdächern sieht, nutzen mit dem photovoltaischen Effekt eine der umweltschonendsten Formen der Gewinnung elektrischer Energie. "Photovoltaik" steht für die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie.

Funktionsprinzip Photovoltaik. Quelle: Solarpraxis AG

Die dahinterstehende Technik ist eigentlich ganz einfach: 

Strom aus Sonnenlicht kann von Solarzellen erzeugt werden, deren Hauptbestandteil ein Halbleiter, in der Regel Silizium, ist. Ein Halbleiter ist ein Material, dass weder den Isolatoren noch den Leitern zugeordnet werden kann und dessen elektrische Eigenschaften durch die Beimengung von Fremdstoffen (Dotierung) gravierend beeinflusst werden kann. Die Solarzelle besteht aus zwei aneinander grenzenden und mit separaten Metallkontakten versehenen Halbleiterschichten, die jeweils so dotiert wurden, dass eine so genannte "n" Schicht (n = negativ) mit einem Elektronenüberschuss und eine darunter liegende "p" Schicht (p = positiv) mit einem Elektronenmangel entsteht. Dem Konzentrationsgefälle folgend fließen deshalb Elektronen vom n-  in das p-Gebiet, so dass sich im Inneren dieser Halbleiterstruktur ein elektrisches Feld ausbildet, die so genannte "Raumladungszone".

Der photovoltaische Effekt

Bei einer Solarzelle ist die obere n-Schicht so dünn, dass die Photonen des einfallenden Sonnenlichts sie  durchdringen können und erst in der Raumladungszone ihre Energie an ein Elektron abgeben. Das so angeregte Elektron ist beweglich, folgt dem inneren elektrischen Feld und gelangt so aus der Raumladungszone heraus zu den Metallkontakten der n-Schicht. Beim Anschluss eines Verbrauchers wird der Stromkreis geschlossen: Die Elektronen fließen über den Verbraucher zum Rückseitenkontakt der Solarzelle und schließlich zur Raumladungszone zurück. Diesen Effekt nennt man "Photovoltaik" (zusammengesetzt aus dem griechischen Wort für Licht "phos" und dem Namen des Physikers Alessandro Volta). Der von den Solarzellen produzierte Gleichstrom wird von einem Wechselrichter, dem "Herz" Ihrer Anlage, in Wechselstrom umgewandelt.

Von der Zelle zum Modul

Bei voller Sonneneinstrahlung (ca. 1.000 Watt pro Quadratmeter) fällt auf eine Solarzelle der Größe 10 x 10 cm eine Strahlungsleistung von etwa 10 Watt. Eine solche Zelle kann dann je nach Qualität eine elektrische Leistung von 1 - 1,5 Watt abgeben. Um die Leistung zu erhöhen, werden mehrere Zellen kombiniert und zu einem Solarmodul verschaltet. Die Verbindung mehrerer Module bezeichnet man schließlich als Solargenerator. Mehr zum Thema "Photovoltaik" erfahren Sie über die Menüleiste rechts oben.

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