Photovoltaik – Wie funktioniert’s?

Der Begriff Photovoltaik ist ein Kunstwort, zusammengesetzt aus dem griechischen Wort für Licht und dem Nachnamen Alessandro Voltas, des Physikers, der den Umwandlungseffekt von Sonnenlicht in elektrische Energie entdeckte. Beim Photoeffekt werden positive und negative Ladungsträger durch Lichteinstrahlung freigesetzt.

Die Technik in der Zelle

Solarzellen sind aus verschiedenen Halbleitermaterialien konstruiert, die Halbleiter werden elektrisch leitfähig, sobald sie mit Licht oder Wärme in Kontakt kommen. Silicium ist der bekannteste Werkstoff, aus dem die Zellen gefertigt sind, und ist als zweithäufigstes Element der Erde in ausreichender Menge vorhanden.

Die einzelnen Solarzellen werden aus verschiedenen dotierten, das heißt unterschiedlich geladenen Halbleiterschichten zusammengesetzt. Dadurch entsteht an der Grenzschicht ein Übergang, der eine Spannung entstehen lässt. Diese wiederum wird durch Metallkontakte abgenommen und durch das Schließen eines Stromkreises fließt Gleichstrom. Wie viel Strom abgenommen werden kann, hängt vom Halbleitermaterial sowie von der Temperatur ab. Je höher die Zelltemperatur, umso schlechter die Leistung.

Die Zelltypen

Man unterscheidet monokristalline, polykristalline und amorphe Zellen. Die höchste Qualität liefern die monokristallinen Ausführungen, allerdings sind diese Solarzellen auch am kostenintensivsten in der Herstellung. Nur für Minizellen zum Beispiel in Taschenrechnern oder Uhren geeignet sind die amorphen Zellen, die auch als Dünnschichtzellen gehandelt werden.

Die einzelnen Solarzellen werden zu größeren Einheiten verschaltet, dadurch können entsprechend große Leistungen bzw. Spannungen bereitgestellt werden. Je nach Anwendungsbereich werden die Zellen in Serie oder parallel geschaltet. Serienschaltungen bringen eine hohe Spannung, bei Parallelschaltungen fließt viel Strom.

Mehr Wirkungsgrad für höhere Ausbeute

Seit den Anfängen von Photovoltaik wird an einer stetigen Verbesserung des Wirkungsgrades gearbeitet. Bis jetzt setzt hier allerdings das Material selbst bestimmte Grenzen, deshalb werden in der Konstruktion neue Wege gegangen. So wird die Oberflächenstruktur verändert, um Reflexionsverluste zu verringern, spezielle Anordnungen sollen das Strahlungsspektrum verbreitern oder die Lichtintensität erhöhen.

Stromspeicher auf dem Vormarsch

Durch gesetzliche Regelungen und steigenden Strompreisen wird der Eigenverbrauch von Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage zunehmend attraktiver. Die recht neue Technologie ermöglicht es, überschüssigen Strom zu speichern, zum Beispiel in Batterien oder Pumpspeicherwerken. Für den Hausgebrauch kommen Batterien und Akkus infrage, allerdings sind diese indirekten Stromspeicher im Vergleich teuer.

Haben Sie weitere Fragen zur Technik einer Photovoltaikanlage oder möchten Sie ein Angebot einholen, freuen wir uns auf Ihre Kontaktaufnahme. Wir beraten Sie gerne zu allen Fragen und konzipieren Ihre Anlage für die eigene Stromproduktion aus der Sonnenkraft.