Solarstrom oder Photovoltaik – wie funktioniert das?
Nach und nach werde ich hier Artikel aus den alten Seiten von energynet.de wieder aufgreifen:
Die Sonne gibt uns nicht nur Wärme, sondern auch Elektrizität. Im Jahr 1954 beobachteten Wissenschaftler der Firma Bell Telephone in den USA, dass an elektronischen Bauteilen aus dem Halbleiter-Werkstoff Silizium eine elektrische Spannung auftrat, sobald Licht darauf fiel. Sie gingen dieser Entdeckung nach, und schließlich entstanden daraus die sogenannten Solarzellen, mit deren Hilfe man Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandelt. Dieses als “Photovoltaik” (PV) bezeichnete Verfahren macht sich die Tatsache zunutze, dass Licht aus bestimmten Halbleiteroberflächen Elektronen herausschlägt, die sich dann im Material bewegen und als elektrischer Strom ableitbar sind.
Wie funktioniert die photovoltaische Energieumwandlung?
Als Grundstoff für Solarzellen wird heutzutage fast immer Silizium verwendet. Je nach Herstellungsverfarhen unterscheidet man drei Arten von Silizium-Solarzellen: Monokristalline Solarzellen bestehen unabhängig von ihrer Größe aus einem einzigen Siliziumkristall; aufgrund ihrer aufwendigen Herstellung sind sie sehr teuer, haben jedoch einen höheren Wirkungsgrad (15-20 Prozent) als polykristalline Solarzellen (13-16 Prozent). Polykristalline Solarzellen werden mit einem wesentlich geringeren Energieaufwand (und somit billiger) gefertigt. Den geringsten Wirkungsgrad weisen amorphe Solarzellen auf, die meist nur in Kleingeräten wie Taschenrechnern angewendet werden.
In der Praxis greift man vor allem auf die monokristallinen Solarzellen zurück: Die einzelnen Solarzellen werden mit elektrischen Anschlüssen versehen in Glas oder Kunststoff eingebettet und an geeigneten Stellen, z.B. auf Dächern, montiert. Die Spannung einer einzelnen Zelle ist für die meisten Anwendungsfälle zu niedrig, deshalb schaltet man mehrere Zellen zu so genannten Modulen hintereinander.
Das Silizium wird in Scheiben von wenigen zehntel Millimetern geschnitten. Durch gezieltes Verunreinigen (Dotieren) mit Phosphor und Bor erzielt man in einer dünnen Oberflächenschicht einen Überschuss an Elektronen (n-Silizium), im Rest des Materials einen Mangel an Elektronen (p-Silizium). Es entsteht im Übergangsbereich ein inneres elektrisches Feld (Raumladungszone, RL-Zone).
Bei Lichteinwirkung werden freie Ladungsträger erzeugt und durch das innere elektrische Feld nach ihrer Polarität getrennt. Die elektrische Gleichspannung wird durch beiderseitig angebrachte Kontakte nach außen geführt, über die die Elektronen fließen können.
Quellen:
– Broschüre “jetzt Erneuerbare Energien nutzen”, Herausgeber: BMWI
– VZBV: “Photovoltaik – Stromgewinnung aus Sonnenlicht”
Naja..