Photovoltaik verstehen - Teil 1: die Solarzelle einfach und im Detail erklärt

Solarzellen, auch bekannt als Photovoltaikzellen, sind Bausteine, die direkt Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Der Prozess, der dies ermöglicht, basiert auf dem photovoltaischen Effekt. Bevor wir jedoch in die Funktionsweise eintauchen, werfen wir zuerst einen Blick auf den Aufbau einer typischen Silizium-Solarzelle, dem am häufigsten verwendeten Material für Solarzellen.

Aufbau einer Solarzelle

Solarzellen bestehen aus verschiedenen Schichten, die jeweils spezielle Funktionen erfüllen, um die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie zu ermöglichen und zu optimieren:

• Oberste Schicht: Oft aus Glas oder transparentem Kunststoff gefertigt, schützt diese Schicht die Zelle vor Umwelteinflüssen und maximiert den Lichteinfall.
• Antireflexionsschicht: Sie verhindert, dass Licht reflektiert und ungenutzt bleibt.
• N-Typ Silizium: Diese Schicht ist mit Fremdatomen wie Phosphor "dotiert", um überschüssige Elektronen anzuziehen.
• P-N-Übergang: Der Übergang zwischen N-Typ und P-Typ Silizium ist das Herzstück der Solarzelle.
• P-Typ Silizium: Diese Schicht ist mit anderen Fremdatomen wie Bor "dotiert", was zu einem Mangel an Elektronen führt.
• Rückkontakt und Frontkontakte: Sie leiten den erzeugten elektrischen Strom aus der Solarzelle heraus.

Funktionsweise einer Solarzelle

Die Solarzelle wandelt das einfallende Sonnenlicht in elektrische Energie um, und zwar in folgenden Schritten:

• Lichtabsorption: Sonnenlicht wird von der Solarzelle absorbiert.
• Freisetzung von Elektronen: Die Energie des Lichts kann Elektronen aus dem Silizium freisetzen.
• Elektronenbewegung: Die freien Elektronen bewegen sich durch das Material zur P-Typ-Schicht.
• Stromerzeugung: Die Bewegung der Elektronen erzeugt einen elektrischen Strom, der durch die Kontakte der Solarzelle abgeleitet wird.

Eine höhere Sonneneinstrahlung führt zu mehr freigesetzten Elektronen und damit zu mehr produziertem Strom.

Effizienz und Leistung von Solarzellen

Die Effizienz und Leistung von Solarzellen sind entscheidend für ihre Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit:

• Effizienz: Sie gibt an, wie gut eine Solarzelle Sonnenlicht in Strom umwandeln kann. Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet eine effizientere Nutzung der Sonnenenergie. Unsere Solarzellen haben dabei einen Wirkungsgrad von 22% oder mehr.
• Leistung: Sie bezieht sich auf die elektrische Energie, die eine Solarzelle erzeugen kann, gemessen in Watt. Bei uns bekommst Du den neusten Stand der Technik: Glas/Glas Module mit 440Wp Leistung.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Effizienz und Leistung von Solarzellen von verschiedenen Faktoren abhängen, darunter Sonneneinstrahlung, Ausrichtung, Verschattung und Verschmutzung.