Solarzellen: Aufbau, Funktionsweise und Typen

Solarzellen sind das Herzstück einer Photovoltaikanlage und spielen eine essentielle Rolle bei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom. Sie bestehen in der Regel aus dem Halbleitermaterial Silizium und sind in drei Schichten aufgebaut. Die oberste Schicht ist negativ-dotiert, die untere Schicht positiv-dotiert. An der Grenzschicht zwischen beiden Schichten entsteht ein internes elektrisches Feld. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, lösen sich Elektronen von den Atomen in der Grenzschicht und fließen zu den Kontakten an der Ober- und Unterseite der Zelle.

Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, darunter monokristalline, polykristalline, Dünnschicht- und organische Solarzellen. Jede Art hat ihre eigenen Vor- und Nachteile bezüglich Wirkungsgrad und Herstellungskosten.

Solarzellen sind Teil einer Photovoltaikanlage, bei der die Sonnenenergie direkt in Strom umgewandelt wird, im Gegensatz zur Solarthermie, bei der die Energie zur Erwärmung von Wasser genutzt wird. Solarzellen wurden im 19. Jahrhundert erfunden und werden kontinuierlich weiterentwickelt.

Aufbau von Solarzellen

Solarzellen bestehen aus drei Schichten und sind aus Halbleitermaterial, in der Regel Silizium, gefertigt. Sie bilden das Herzstück einer Photovoltaikanlage und wandeln Sonnenenergie in elektrischen Strom um. Der Aufbau der Solarzellen ist entscheidend für ihre Funktionsweise.

Schichten der Solarzelle

• Die oberste Schicht ist negativ-dotiert und enthält zusätzliche Elektronen.
• Die untere Schicht ist positiv-dotiert und enthält Löcher, in denen sich Elektronen bewegen können.
• An der Grenzschicht zwischen beiden Schichten entsteht ein internes elektrisches Feld.

Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, lösen sich Elektronen von den Atomen in der Grenzschicht und fließen zu den Kontakten an der Ober- und Unterseite der Zelle. Durch diesen Stromfluss entsteht elektrische Energie, die genutzt werden kann.

Arten von Solarzellen

Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, die sich in ihrem Aufbau und ihren Eigenschaften unterscheiden:

Jede Art von Solarzelle hat ihre Vor- und Nachteile in Bezug auf den Wirkungsgrad und die Herstellungskosten. Forscher arbeiten kontinuierlich daran, Solarzellen zu verbessern und neue Technologien zu entwickeln, um die Effizienz und den Einsatzbereich der Solarenergie zu erweitern.

Funktionsweise von Solarzellen

Solarzellen sind das Herzstück einer Photovoltaikanlage und wandeln Sonnenlicht mithilfe eines internen elektrischen Feldes in elektrischen Strom um. Sie bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium und sind in drei Schichten aufgebaut. Die oberste Schicht ist negativ-dotiert, während die untere Schicht positiv-dotiert ist. An der Grenzschicht zwischen beiden Schichten entsteht ein internes elektrisches Feld.

Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, werden Elektronen von den Atomen in der Grenzschicht gelöst und fließen zu den Kontakten an der Ober- und Unterseite der Zelle. Dadurch entsteht ein elektrischer Strom, der genutzt werden kann, um elektrische Geräte mit Energie zu versorgen.

Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, darunter monokristalline, polykristalline, Dünnschicht- und organische Solarzellen. Jede Art hat ihre eigenen Vor- und Nachteile bezüglich Wirkungsgrad und Herstellungskosten. Monokristalline Solarzellen zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus, sind jedoch auch teurer in der Herstellung. Polykristalline Solarzellen sind kostengünstiger, haben aber einen etwas niedrigeren Wirkungsgrad. Dünnschicht- und organische Solarzellen sind flexibler und können auf verschiedene Oberflächen aufgetragen werden, bieten jedoch in der Regel einen geringeren Wirkungsgrad.

Vorteile von Solarzellen

• Solarzellen nutzen eine erneuerbare Energiequelle, die Sonne, und tragen so zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes bei.
• Sie erfordern keine Brennstoffe oder laufende Kosten für den Betrieb, was zu langfristigen Kosteneinsparungen führt.
• Sie können an verschiedenen Orten installiert werden, von Dächern bis hin zu Solarparks, und sind somit vielseitig einsetzbar.

Solarzellen sind Teil einer Photovoltaikanlage, bei der die Sonnenenergie direkt in Strom umgewandelt wird, im Gegensatz zur Solarthermie, bei der die Energie zur Erwärmung von Wasser genutzt wird. Solarzellen wurden im 19. Jahrhundert erfunden und werden kontinuierlich weiterentwickelt, um ihre Effizienz und Zuverlässigkeit zu verbessern.

Typen von Solarzellen

Es gibt unterschiedliche Typen von Solarzellen, die jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile hinsichtlich des Wirkungsgrads und der Herstellungskosten haben. Jeder Typ zeichnet sich durch unterschiedliche Materialien und Herstellungsverfahren aus. Hier sind die Haupttypen von Solarzellen:

Monokristalline Solarzellen:

Monokristalline Solarzellen bestehen aus einem einzigen kristallinen Siliziumblock und haben eine dunkle, einheitliche Farbe. Sie werden durch Schneiden von Siliziumscheiben aus einem einzigen Kristall hergestellt und weisen eine hohe Effizienz auf. Diese Art von Solarzellen ist jedoch aufgrund ihrer aufwändigen Herstellung teurer.

Polykristalline Solarzellen:

Polykristalline Solarzellen bestehen aus mehreren kleineren Siliziumkristallen und haben eine bläuliche Farbe. Sie werden durch das Schmelzen von Silizium hergestellt, was den Herstellungsprozess einfacher und kostengünstiger macht. Polykristalline Solarzellen haben zwar einen etwas niedrigeren Wirkungsgrad als monokristalline Solarzellen, sind jedoch preiswerter.

Dünnschicht-Solarzellen:

Dünnschicht-Solarzellen bestehen aus einer dünnen Schicht eines Halbleitermaterials, das auf ein Trägermaterial aufgebracht wird. Dieser Typ von Solarzellen ist flexibel und kann auf verschiedene Oberflächen aufgebracht werden. Dünnschicht-Solarzellen haben einen niedrigeren Wirkungsgrad als kristalline Solarzellen, sind jedoch kostengünstiger in der Herstellung.

Organische Solarzellen:

Organische Solarzellen bestehen aus organischen Halbleitermaterialien und bieten die Möglichkeit, flexible und transparente Solarzellen herzustellen. Sie haben jedoch einen niedrigen Wirkungsgrad und eine begrenzte Haltbarkeit im Vergleich zu anderen Typen von Solarzellen.

In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Merkmale der verschiedenen Typen von Solarzellen aufgeführt:

Es ist wichtig, bei der Auswahl eines Solarzellentyps den individuellen Bedarf, die Kosten und den Standort zu berücksichtigen, um die bestmögliche Effizienz und Rentabilität der Solaranlage zu gewährleisten.

Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie

Photovoltaik und Solarthermie sind zwei unterschiedliche Technologien zur Nutzung von Sonnenenergie. In Photovoltaikanlagen werden Solarzellen verwendet, um Sonnenenergie direkt in elektrischen Strom umzuwandeln. Die Solarzellen bestehen in der Regel aus dem Halbleitermaterial Silizium und sind in drei Schichten aufgebaut. Die obere Schicht ist negativ-dotiert, die untere Schicht positiv-dotiert. An der Grenzschicht zwischen beiden Schichten entsteht ein internes elektrisches Feld. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, lösen sich Elektronen von den Atomen in der Grenzschicht und fließen zu den Kontakten an der Ober- und Unterseite der Zelle. Dadurch entsteht ein Stromfluss.

Im Gegensatz zur Photovoltaik nutzt die Solarthermie die Sonnenenergie zur Erwärmung von Wasser. Bei Solarthermieanlagen wird die Energie der Sonne durch Sonnenkollektoren absorbiert, die auf dem Dach oder an anderen geeigneten Stellen installiert sind. Die erhitzte Flüssigkeit, meistens Wasser oder eine spezielle Wärmeträgerflüssigkeit, wird dann zu Heizzwecken oder zur Erzeugung von Warmwasser genutzt.

Es ist wichtig zu beachten, dass Solarzellen Teil einer Photovoltaikanlage sind und ausschließlich zur Stromerzeugung dienen. Die Solarthermie dagegen zielt darauf ab, Wärmeenergie zu gewinnen. Beide Technologien haben ihre eigenen Anwendungsbereiche und Vorteile. Während Photovoltaikanlagen ideal sind, um elektrischen Strom zu produzieren und auf diese Weise zur Energiewende beizutragen, eignen sich Solarthermieanlagen gut zur Unterstützung von Heizsystemen und zur Warmwassererzeugung.