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Wie funktioniert Photovoltaik?

Zum Ende der 1950er Jahre wurden Solarmodule im Weltraum eingesetzt, um Satelliten mit Energie zu versorgen. Die Technik aus Licht elektrische Energie zu erzeugen ist aber weitaus älter. Schon mehr als 100 Jahre früher stieß der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel auf den fotoelektrischen Effekt. Seit der Ölkrise in den 1970er Jahren rückte die Solarzelle dann auch in den wirtschaftlichen Blickpunkt.

Durch die Bestrahlung der Solarzellen entsteht Spannung

Auch die heutigen Solarzellen funktionieren nach dem Becquerel-Effekt. Zwei gleiche Elektroden werden in einen Elektrolyten getaucht. Durch eine einseitige Belichtung mit violettem oder ultraviolettem Licht entsteht eine Stromspannung in den Schichten. Solarzellen bestehen aus einer als N-Schicht und einer P-Schicht bezeichneten Oberfläche. Die Elektronen der belichteten Oberfläche, der N-Schicht, gehen in die P-Schicht über und es entstehen Löcher. Da der Durchlass der Elektronen einseitig ist, wird eine Spannung erzeugt die als Photostrom bezeichnet wird. Monokristalline Siliziumzellen haben sich durch ihren hohen Wirkungsgrad von etwa 20 Prozent als sehr effektiv herausgestellt. Außer an Solarzellen aus Silizium finden auch Forschungen mit Indium, Gallium, Tellur oder Selen statt. Aufgrund der Verfügbarkeit der Materialien sind Solarmodule mit Siliziumkristallen aber am weitesten verbreitet.

Die Halbleitertechnik macht die Stromerzeugung effektiv

Durch die heutzutage angewendete Halbleitertechnik können die stromerzeugenden Solarzellen zu großen Modulen zusammengesetzt werden. Die Halbleiter werden mit Stapeltechniken und verschiedenen Materialkombinationen produziert, um die effektivste Absorptionswellenlänge zu erhalten. Mit der Kopplung mehrerer Solarzellen zu einem Solarmodul lässt sich der Effekt verstärken und größere Strommengen produzieren. Je höher der Wirkungsgrad der Sonneneinstrahlung ist, desto höher ist auch der fließende Photostrom. Bei optimalen Bedingungen lässt sich mit einer Fläche von etwa 10 Quadratmetern die Energie erzeugen, die eine 4-köpfige Familie durchschnittlich pro Jahr verbraucht. Die erzeugte Energie kann in Akkumulatoren gespeichert werden. Nach einer Synchronisierung ist auch die Einspeisung in das Stromnetz möglich.

Solarmodule haben eine sehr gute Umweltbilanz

Spätestens seit der Ölkrise in den 1970er Jahren haben die Regierungen vieler Länder erkannt, dass alternative Energiequellen wie die Photovoltaik eine zukunftsweisende Technik ist, um nachhaltig Energie zu erzeugen – weitere Infos zum Beispiel unter thomaslloyd-solartechnik.de. Die mit Siliziumzellen hergestellten Solarmodule haben sich dabei als sehr effektiv erwiesen. Besonders in Ländern mit hoher Sonneneinstrahlung lassen sich daher größere Energiemengen produzieren. In unseren Breitengraden muss der optimalste Standort gewählt werden. Verschattungen aber auch schlechtere Wetterlagen beeinflussen die Energieproduktion mit Solarzellen sehr.

img src: Franz Metelec – Fotolia

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