Solarzellen

Das zentrale Bauelement einer Photovoltaik-Anlage ist die Solarzelle. Diese Zellen können Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie umwandeln.

Prinzip:

Die Energiewandlung mit Solarzellen beruht auf dem photovoltaischen Effekt, der bei der Bestrahlung von speziell behandelten Halbleitermaterialien mit Licht geeigneter Wellenlängen auftritt.

Bei handelsüblichen Solarzellen wird hochreines Silizium als Halbleitermaterial verwendet.

Die Oberseite des Siliziumplättchen wird  mit negativen Atomen (z.B. Phosphor) und die Unterseite mit positiven Atomen (z.B. Bor) angereichert, so entsteht zwischen beiden Zonen ein elektrisches Feld. Trifft Licht auf diese Solarzelle, werden freie Ladungsträgerpaare gebildet, die sich unter dem Einfluss des inneren elektrischen Feldes trennen. Die negativen Ladungsträger, die Elektronen, gelangen zur oberen Fläche und an der unteren Seite bildet sich eine positive Ladung. Auf diese Weise entsteht eine Gleichspannung zwischen Ober- und Unterseite, die mittels Elektroden abgegriffen werden kann.

Schaltet man nun mehrere Zellen in Reihe, so kommt man zu einer Spannungserhöhung und parallel geschaltet ergibt sich eine Stromerhöhung.

Leistung:

Obwohl sich der Fotoeffekt mit einer Vielzahl von Halbleitermaterialen beobachten lässt, wird in der Praxis jedoch fast ausschließlich polykristallines Silizium mit einem Wirkungsgrad von zwischen 13% und 18% verwendet.
Der beste Wirkungsgrad einer Solarzelle/Solarzellenanlage wird bei senkrechter Sonneneinstrahlung erreicht.

In unseren Breiten ist eine fest installierte Anlage optimal ausgerichtet, wenn sie einen Neigungswinkel von 30° hat und möglichst nach Süden ausgerichtet ist.