Photovoltaik

Photovoltaik - Solarzellen

Photovoltaik ist Stromerzeugung mit Solarmodulen durch die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in eine elektrische Gleichspannung. Die physikalische Grundlage ist der von Alexander Bequerel 1839 entdeckte Photoeffekt: Durch Lichteinstrahlung werden positive und negative Ladungsträger in einem Festkörper freigesetzt.

Das Ausgangsmaterial für die Solarzellen ist Sand (SiO2). Über einen chemischen Redox- prozess wird Reinstsilizium (Si) von nahezu 100 % gewonnen. Aus einem gegossenem Block werden dann quer zu den Kristallen Scheiben (sog. wafer) geschnitten, welche zur polykristallinen Solarzelle weiterverarbeitet werden.
Werden sehr langsam, z. B über eine Ringheizung für die Umstrukturierung des Siliziums durch ein künstliches Magnetfeld, Mono-Si-Stangen aus der Schmelze gezogen, dann entstehen im weiteren Produktionsprozess monokristalline Zellen. Dieser Herstellungs- prozess ist zeit- und kostenintensiver, liefert aber einen etwas höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu den polykristallinen Zellen.
Amorphe Si-Zellen besitzen noch eine mangelnde Langzeitstabilität und einen Gesamtwirkungsgrad von ca. 5 % und sind deßhalb meist nur in Kleinverbrauchern im Einsatz. Durch die Herstellung von Dünnschichtmodulen, Tandem- oder Dreifachzellen werden sie mittelfristig eine größere Bedeutung erfahren.

Ein Solarmodul besteht aus zusammengeschalteten Solarzellen. Ein oder mehrere Module (engl. panels) bilden den Solargenerator. Die Gesamtleistung eines Solargenerators richtet sich nach der möglichen Leistung des "schwächsten" Moduls (entsprechend dem schwächsten Glied einer Kette), somit sind auch geringe Teilbeschattungen zu vermeiden.
Wichtig: Die Leistungstoleranzen sollten so gering wie möglich sein (z.B. +/- 5 %).