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Was ist Photovoltaik?       Sonnenkollektoren     Förderung

Was ist Photovoltaik?

Unter der Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung der Energie des Sonnenlichtes in Strom mittels Solarzellen und Solarmodulen. Eine Solarzelle ist eine sehr dünne Scheibe, die meist aus dem Material Silizium hergestellt wird. Kontaktbänder auf Vorder- und Rückseite der Solarzelle führen den vom Sonnenlicht erzeugten Strom ab.

Wenn Sie sich nun weiter für ALLE Details der Photovoltaik interessieren, dann werfen Sie doch mal einen Blick in das bekannte Online-Lexikon Wikipedia

Innenansichten einer Solarzelle
Stromerzeugung in der Solarzelle
In der Grenzschicht zwischen p-Silizium und n-Silizium entsteht ein elektrisches Feld, die Raumladungszone. Licht löst Elektronen von ihrem Platz im Atom, wo sie ein Loch hinterlassen. Das negative Elektron wird vom positiven Loch angezogen. Die Raumladung trennt jedoch Elektron und Loch. Es entsteht eine Spannung zwischen Ober- und Unterseite der Solarzelle. Die Elektronen können nur über die Leiterbahnen und einen angeschlossenen Verbraucher (z.B. Lampe) zu den Löchern zurück, wo der Prozess von Neuem beginnt, solange Licht auf die Solarzelle fällt.

Mehrere Solarzellen in Reihe geschaltet, in Glas oder Kunststoff vor Umwelteinflüssen geschützt, ergeben erst das Endprodukt: ein Photovoltaik-Modul (auch Solarmodul genannt). Die Leistungseinheit, die sich in der Photovoltaik eingebürgert hat, nennt man Wattpeak oder Spitzenleistung einer Solarzelle. Im Bereich der angewandten Energieerzeugung auf Hausdächern spricht man eher von kWp.
Die elektrischen Werte einer solchen Solarzelle - und damit einer solchen Anlage gesamt ändern sich je nach Temperatur und Sonneneinstrrahlung.
In der Photovoltaik wird die maximal mögliche Leistung einer Solaranlage unter normalen Bedingungen als sogenannte "Peak-Leistung"
(engl. peak=Spitze) definiert. Diese wird in der Einheit Watt gemessen und als kWp (Kilowatt-Peak) angegeben. Als Standardbedingung wird eine optimale Sonneneinstrahlung von 1000 Watt (1kW) auf den Quadratmeter angesetzt, die in Deutschland etwa in den Mittagsstunden eines "schönen Sommertages" erreicht wird. Die Peak-Leistung - manche Solarmodulhersteller bezeichnen diese auch als "Nennwert" - basiert also auf Messungen unter diesen optimalen Bedingungen.
Die Nennleistung ergibt sich aus dem Produkt der Nennspannung und des fließenden Nennstroms. (So wird generell die Einheit Watt berechnet: Spannung mal Strom, das Ohmsche Gesetz).


Es gibt im wesentlichen drei verschiedene Bauarten von Siliziumzellen.

  Monokristalline Solarzellen
  (c-Si)
  Optik: gleichmäßig dunkelblau

Hier bilden die Silizium-Atome auf der ganzen Solarzelle eine Kristallgitter-Struktur (Monokristall). Durch die exakte Anordnung der Siliziumatome kann ein Wirkungsgrad bis zu 20% erreicht werden, der über mehrere Jahrzehnte hinweg praktisch gleich bleibt. Allerdings ist die Herstellung dieser monokristallinen Struktur mit großem Aufwand verbunden. Aus einer sehr reinen Silizium-Schmelze wird ein Ein-Kristall von bis zu 2 Meter Länge und 35 cm Durchmesser gezogen (Czochralski-Verfahren) . Dieser Kristall wird dann in Scheiben von 0,5 mm zersägt. Zur Erzeugung der spannungserzeugenden p-n-Grenzschicht (Positiv-geladen und Negativ-geladen) wird jede Scheibe dotiert, d.h. künstlich verunreinigt (zumeist mit Bor), und erhält anschließend das Stromableitgitter, eine leitende Rückbeschichtung und eine Antireflexschicht, Die Zellen werden getestet, in Serie geschaltet und schließlich zum Schutz vor Witterung hermetisch in Module hinter Kunststoff oder Glas eingefasst. Monokristalline Solarmodule werden bevorzugt in mittleren und großen professionellen Solarstromanlagen eingesetzt, wo es auf hohen Wirkungsgrad und lange Haltbarkeit besonders ankommt.

  Polykristalline Solarzellen (Multikristalline Zellen)
   (poly-Si oder mc-Si)
  Optik: flitterartig hellblau

Hier bildet das Silizium viele Kristalle unterschiedlicher Größe und Orientierung. Der erreichbare Wirkungsgrad liegt bei ca. 16 %
Sie besitzen im Gegensatz zu monokristallinen Zellen relativ kurze Energierücklaufzeiten.
Technische Unterschiede gibt es kaum. Die Herstellung ist jedoch einfacher. Man läßt die Siliziumschmelze in einer rechteckigen Form erkalten. Das aufwendige Kristallziehen entfällt. Nach dem Sägen erhält man quadratische Zellen von meist 10 Zentimeter Kantenlänge, aus denen dann leicht Module mit hoher Flächennutzung gefertigt werden können. Die anderen Haupt-Anwendungsbereiche sind ähnlich gelagert wie bei monokristallinen Zellen. Bisher und wohl auch noch einige Zeit die Zelle mit dem günstigsten Preis-Leistungs-Verhältnis.

 Dünnschichtmodule (amorphe Zellen)
     Optik: gleichmäßig rotbraun

Modulwirkungsgrade zwischen 5 und 7 %; Es gibt keine Material-Engpässe selbst bei Produktion im Terawatt-Maßstab



Heutige Solarzellen haben (angewandt z. B. in Deutschland) einen Erntefaktor, der größer als 1 ist, d. h. sie erzeugen ein Vielfaches der Energie, die für die Herstellung notwendig war.

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