Wie funktioniert eine Solarzelle?

Zuletzt aktualisiert am 5. Februar 2023 von Lars Weidmann

‍Solarzellen sind eine unglaubliche Form der Technologie für erneuerbare Energien. Sie fangen die Energie der Sonne ein und wandeln sie in Elektrizität um, die zur Stromversorgung von Häusern, Unternehmen und sogar ganzen Städten genutzt werden kann. Aber wie funktioniert eine Solarzelle eigentlich? Solarzellen bestehen aus einem Halbleitermaterial, in der Regel Silizium, das die Sonnenenergie aufnimmt und in Strom umwandelt. Bei diesem Prozess löst die Sonnenenergie Elektronen aus dem Halbleitermaterial, die dann gesammelt und an einen Stromkreis weitergeleitet werden. Dieser Strom kann dann zum Betrieb verschiedener elektrischer Geräte und Anlagen verwendet werden. Solarzellen sind eine saubere, effiziente und kostengünstige Art der Stromerzeugung und werden zu einer immer beliebteren Energiequelle.

Überblick über eine Solarzelle

Die wichtigsten Bestandteile einer Solarzelle sind ein Halbleitermaterial, das Sonnenlicht absorbiert und Elektronen an einen Stromkreis überträgt, ein Halbleitermaterial, das Elektronen sammelt, und ein Stromkreis, der den Stromfluss ermöglicht. Eine Solarzelle ist im Wesentlichen ein Mikrogerät, das dazu dient, Energie aus dem Sonnenlicht zu gewinnen. Der Halbleiter nimmt die Energie des Lichts auf und überträgt die Elektronen an einen Stromkreis. Der Stromkreis kann dann zum Betrieb verschiedener elektrischer Geräte und Anlagen verwendet werden. Eine Solarzelle kann auch als photovoltaische Zelle, Solarzelle, Solarmodul oder PV-Zelle bezeichnet werden.

Materialien für Solarzellen

Solarzellen werden aus einer Reihe verschiedener Materialien hergestellt. Das Halbleitermaterial ist in der Regel Silizium, obwohl auch andere Halbleiter wie Galliumarsenid und Galliumnitrid für eine mögliche Verwendung erforscht werden. Ein weiteres Material, das in einer Solarzelle verwendet wird, ist das Trägermaterial des Halbleitermaterials. Ein Backing ist ein Klebematerial, mit dem die Solarzelle auf einer lichtabsorbierenden Oberfläche befestigt wird. Rückseiten können aus anorganischen Verbindungen wie Silizium, Indium, Gallium und Zinn oder aus organischen Verbindungen wie Polymeren und Copolymeren hergestellt werden.

Wie Solarzellen Sonnenlicht in Strom umwandeln

Tagsüber kann eine Solarzelle die einfallende Sonnenenergie absorbieren und auf das Halbleitermaterial übertragen. Der Halbleiter überträgt dann die Elektronen aus dem Sonnenlicht auf einen Stromkreis, der dann zum Betrieb verschiedener Geräte verwendet werden kann. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle ist der Prozentsatz der eingehenden Sonnenenergie, der auf den Stromkreis übertragen wird. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle hängt von der Absorptionsfähigkeit des Halbleitermaterials, der Art des verwendeten Trägers und dem Wirkungsgrad des Stromkreises ab. Lesen Sie hier den ausführlichen Artikel zur Funktionsweise von Solarzellen.

Bestandteile einer Solarzelle

Solarzelle: Dies ist das Halbleitermaterial, das Sonnenlicht absorbiert und Elektronen an einen Stromkreis überträgt.

Halbleitermaterial: Hierbei handelt es sich um das Halbleitermaterial, das in der Solarzelle verwendet wird. Es kann Silizium, eine Verbindung auf Siliziumbasis oder eine andere Art von Material sein.

Trägermaterial: Hierbei handelt es sich um einen Klebstoff, mit dem die Solarzelle auf einer lichtabsorbierenden Oberfläche befestigt wird.

Dünnschicht: Ein Dünnfilm, auch flexibler Film genannt, ist eine Schicht aus Halbleitermaterial, die auf der Rückseite oder direkt auf einer lichtabsorbierenden Oberfläche angebracht ist. Dünnschichten werden hauptsächlich in konzentrierenden Solarzellen verwendet.

Absorber: Die Schicht vor dem Halbleitermaterial, in der das Sonnenlicht absorbiert wird. Diese Schicht kann eine Folie, ein Polymer oder ein anderes Material sein.

Reflektor: Die Schicht hinter dem Halbleitermaterial, in der der Strom gesammelt wird. Diese Schicht kann ein Film, ein Polymer oder ein anderes Material sein.

Vorteile von Solarzellen

Saubere Energie: Solarzellen sind eine saubere, effiziente und kostengünstige Art der Stromerzeugung und werden zu einer immer beliebteren Energiequelle. Einer der Hauptvorteile der Solarenergie ist, dass sie sauber ist und während des Betriebs keine schädlichen Emissionen erzeugt.

Einfache Installation: Bei der Nutzung von Solarenergie fallen keine Brennstoffkosten, keine Übertragungsleitungen und keine gefährlichen Explosionen an. Das macht die Solarenergie für diejenigen interessant, die keine neuen Kosten oder Risiken eingehen möchten.

Empirische Erfolgsbilanz: Solarenergie ist eine empirisch nachgewiesene Energiequelle, die von den Menschen seit Tausenden von Jahren genutzt wird.

Kosteneinsparungen: In vielen Teilen der Welt sind die Kosten für die Stromerzeugung aus Sonnenenergie deutlich niedriger als die Kosten für Strom aus anderen Quellen. Das bedeutet, dass sie eine erschwingliche alternative Energiequelle darstellen kann.

Nachteile von Solarzellen

Ständige Wartung: Obwohl die in einer Solarzelle verwendete Technologie recht einfach ist, muss sie von Zeit zu Zeit gewartet werden. Diese Wartung kann von einem Solarzellentechniker durchgeführt werden, aber es wird dennoch empfohlen, sie regelmäßig durchzuführen.

Ineffizient: Der Wirkungsgrad von Solarzellen liegt in der Regel zwischen 15 und 20 %, aber es gibt bestimmte Materialien wie Silizium und c-Si, die einen maximalen Wirkungsgrad von 12 bis 18 % erreichen. Das bedeutet, dass nur die Hälfte der Sonnenenergie in Strom umgewandelt wird.

Kosten: Die anfänglichen Kosten für die Installation einer Solarstromanlage sind hoch, aber die Lebensdauer der Anlage ist im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energiequellen lang.

Zertifizierung von Solarzellen

Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) ist eine Organisation, die Normen, Vorschriften und Richtlinien vor allem in den Bereichen Elektrizität und Elektronik festlegt. Die IEC hat Solarzellen seit 1961 zertifiziert. Solarzellen, die von der IEC zertifiziert wurden, müssen das Solarzeichen (W+) tragen, ein Symbol, das anzeigt, dass ein Produkt getestet und zertifiziert wurde, um internationale Effizienzstandards zu erfüllen. Das Solarzeichen besteht aus einer Reihe von vier Symbolen, die Folgendes darstellen: – W: Dieses Symbol zeigt an, dass eine Solarzelle nach den internationalen IEC-Wirkungsgradnormen geprüft und zertifiziert wurde. – +: Dieses Symbol zeigt an, dass eine Solarzelle auf die Einhaltung einer bestimmten Spannung geprüft und zertifiziert wurde. In der Regel sind zusätzlich zum W drei +-Symbole vorhanden, um die Spannungsnormen anzugeben. – Mark: Dieses Symbol garantiert, dass die Solarzelle von der IEC zertifiziert wurde. – M: Dieses Symbol steht für Solarmodul und zeigt an, dass ein Solarmodul geprüft und zertifiziert wurde, um die internationalen Spannungsnormen der IEC zu erfüllen.

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Kosten der Solarzellen

Die Kosten für Solarzellen sind in den letzten Jahren erheblich gesunken. Als der Preis von Solarzellen noch in die Millionen ging, waren sie nicht kosteneffizient genug, um in großem Maßstab zur Energieerzeugung eingesetzt zu werden. Mit den Fortschritten in Technologie und Forschung sind die Kosten für eine Solarzelle in den letzten Jahren erheblich gesunken. Eine aktuelle Studie hat ergeben, dass die Kosten für Solarzellen in den letzten 10 Jahren um mehr als 50 % gesunken sind.

Schlussfolgerung

Solarzellen sind eine unglaubliche Form der Technologie für erneuerbare Energien, die die Energie der Sonne einfangen und in Strom umwandeln, der zur Versorgung von Häusern, Unternehmen und sogar ganzen Städten verwendet werden kann.