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Photovoltaik Funktionsweise

Aufbau einer Zelle

Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie mit Hilfe von Solarzellen. Hierzu werden Halbleitermaterialien wie Silizium, Gallium- Arsenid, Cadmium- Tellurid oder Kupfer- Indium- Diselenid eingesetzt. Am weitesten verbreitet ist die kristalline Siliziumsolarzelle. Die Solarzelle gewinnt Elektrizität durch den photoelektrischen Effekt aus der Energie des Lichts – ohne mechanische oder chemische Vorgänge, verschleiß- und wartungsfrei. Deshalb ist die Lebensdauer einer Solarzelle theoretisch unbegrenzt, denn bei der Stromgewinnung wird das Material nicht abgenutzt oder verbraucht. Die Siliziumsolarzelle setzt sich aus zwei unterschiedlich dotierten Silizium- Schichten zusammen. Die dem Sonnenlicht zugewandte Schicht ist mit Phosphor negativ dotiert, d. h. mit Elektronenüberschuss gezielt verunreinigt, die darunter liegende Schicht ist mit Bor positiv dotiert (Elektronenmangel). An der Grenzschicht entsteht ein entgegen der Dotierung gepoltes elektrisches Feld, das zur Trennung der durch das Sonnenlicht freigesetzten Ladungen führt. Dadurch verstärkt sich bei Lichteinfluss der Elektronenüberschuss bzw. -mangel. Wenn Licht auf eine Solarzelle trifft werden Ladungen aus dem Material freigesetzt.
Durch ihre Trennung in der Grenzschicht entsteht ein Energiepotenzial in Form einer elektrischen Spannung. Schließt man den Stromkreis zwischen den beiden Polen über einen Verbraucher, fließt Strom. Um der Solarzelle Strom entnehmen zu können, sind auf der Vorder- und Rückseite metallische Kontakte aufgebracht. In der Regel wird hierzu die Siebdrucktechnik eingesetzt. Auf der Rückseite ist das Aufbringen einer ganzflächigen Kontaktschicht durch Aluminium- oder Silberpaste möglich. Die Vorderseite muss hingegen möglichst gut lichtdurchlässig sein. Hier werden die Kontakte meist in Form eines dünnen Gitters oder einer Baumstruktur aufgebracht. Durch Aufdampfen einer dünnen Schicht (Antireflexschicht) aus Siliziumnitrid oder Titandioxid auf der Solarzellenvorderseite lässt sich die Lichtreflexion verringern und so der Ertrag steigern.


Solarzelle – Solarmodul – Solargenerator

Der kleinste Baustein der Photovoltaik- Anlage ist die Solarzelle, hergestellt aus Silizium. Mehrere elektrisch verbundene Solarzellen werden in ein „Solarmodul“ gekapselt, um sie vor Witterungseinflüssen, Luft und Feuchtigkeit zu schützen. Über die Lebensdauer und damit den Energieertrag eines Solarmoduls entscheidet die Qualität dieser Einkapselung. Die Anordnung vieler derartiger Module innerhalb einer Solaranlage nennt man auch „Solargenerator“, analog zum Kollektor und Kollektorfeld bei thermischen Solaranlagen. Normalerweise wird der Solargenerator mit Hilfe des so genannten Wechselrichters als Netzgekoppelte Anlage betrieben.

Von Georg am 14.01.09 11:06 |

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