Wie funktioniert Photovoltaik? Solarzellen einfach erklärt!
Photovoltaik ist eine der saubersten und nachhaltigsten Energiequellen, die uns auf der Erde zur Verfügung stehen. Mit dem Strom aus der Sonnenenergie wird jetzt bereits ein großer Teil des Energiebedarfs in Deutschland gedeckt – Tendenz steigend.
Doch wie funktioniert Photovoltaik und was ist das Prinzip hinter einer Solarzelle? Das alles erfährst du hier!
Inhalt
So ist eine Solarzelle aufgebaut
Das Prinzip hinter Photovoltaik ist es, aus der Energie der Sonne elektrischen Strom zu erzeugen. Genau dies geschieht in den sogenannten Solarzellen.
Jede Solarzelle besteht im Kern aus zwei verschiedenen Schichten Silizium, die jeweils mit anderen Elementen (gewollt) verunreinigt, fachsprachlich „dotiert“, wurden.
Dadurch gibt es in der einen Schicht überschüssige Elektronen und in der anderen Schicht einen Elektronenmangel. Es entsteht ein elektrischer Dipol mit einer positiven und einer negativen Schicht. Die beiden Siliziumschichten sind über einen elektrischen Leiter miteinander verbunden.
Mehrere dieser Zellen bilden gemeinsam ein Solarmodul.
Solarzellen können in unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden und unterscheiden sich vor allem hinsichtlich ihrer Stromausbeute. Monokristalline Solarzellen erzielen die höchsten Wirkungsgrade, sind jedoch auch etwas preisintensiver. Sie sind vor allem dann sinnvoll, wenn der Platz begrenzt ist wie beispielsweise auf Hausdächern.
Polykristalline Solarzellen sind deutlich günstiger, aber auch weniger effizient.
Die dritte Variante sind Dünnschicht-Solarzellen, die die niedrigsten Wirkungsgrade erzielen, dafür aber sehr flexibel sind und beispielsweise für flexible Camping-Solarmodule genutzt werden.
So wird aus Sonnenergie Strom
Trifft ein Sonnenstrahl auf das Silizium in einer Solarzelle, kann dessen Energie das Elektron eines Atoms aus seiner Umlaufbahn stoßen. Aufgrund des Dipols wandert dieses nun freie Elektron in Richtung des positiven Pols, während das entstandene „Loch“ in Richtung des negativen Pols wandert.
Das Elektron wird nun über den elektrischen Leiter zum negativen Pol geleitet, wo es den Elektronenmangel ausgleicht. Auf dem Weg vom einen zum anderen Pol kann die Energie des sich bewegenden Elektrons für andere Zwecke genutzt werden, dies ist der nutzbare Solarstrom.
Eine einzelne Solarzelle erzeugt nur eine sehr geringe Spannung, daher werden innerhalb eines Solarmoduls viele Solarzellen in Reihe geschaltet, um die Spannung zu erhöhen.
Der Gleichstrom aus den Solarzellen kann direkt in einem Stromspeicher gespeichert werden. Um etwa für den Haushalt nutzbar zu werden, muss er jedoch zunächst in Wechselstrom umgewandelt werden. Genau darum kümmert sich der Wechselrichter, der oft das Herzstück einer Photovoltaik-Anlage bildet.
Wo kann Photovoltaik genutzt werden?
Photovoltaik kann überall dort genutzt werden, wo Sonne ungehindert einstrahlen kann, also die Sonnenstrahlen nicht oder kaum verdeckt werden. Du kannst umso mehr Energie mit PV erzeugen, je weiter du dich am Äquator befindest, doch auch in den heimischen Breiten ist das Energiepotenzial riesig.
Photovoltaikanlagen können entweder mit dem allgemeinen Stromnetz verbunden sein oder eine Inselanlage bilden, die fernab des Stromnetztes beispielsweise bei Camping-Ausflügen oder in entlegenen Ferienhäusern für Energie sorgt.
Auch einzelne Geräte können mithilfe von Solarzellen betrieben werden, so gibt es beispielsweise Gartenlichter, die tagsüber über Solarenergie einen Akku aufladen und diese Energie dann nachts für die Beleuchtung verwenden. Den Anwendungsszenarien sind also kaum Grenzen gesetzt!
Hier findest du bei uns im Shop mehr Infos zu den verschiedenen Arten von PV-Anlagen:
Photovoltaik ist die Energiequelle der Zukunft
Wusstest du, dass uns die Sonne in Deutschland pro Jahr im Durchschnitt etwa 1000 kWh pro Quadratmeter an Energie sendet? In der Sahara liegt dieser Wert sogar bei etwa 2500 kWh pro Quadratmeter. Insgesamt ist die verfügbare Sonnenenergie auf der Erde gigantisch und de facto unerschöpflich.
Bei der Umwandlung in Solarzellen wird nichts verbraucht, da es ein Kreislaufsystem ist. Der zentrale Bestandteil von Solarzellen, Silizium, ist das zweithäufigste Element, das auf der Erde überhaupt vorkommt. Und bei der Erzeugung von Solarenergie werden keine Emissionen erzeugt.
Die „Energy Payback Time“, also die Zeit, in der eine Solaranlage die Energie erzeugt, die für die Herstellung benötigt wurde, beträgt in den meisten Fällen nur wenige Jahre. Bei einer Laufzeit von meist weit über 20 Jahren hat dies zur Folge, dass eine Solaranlage wesentlich mehr Energie erzeugt, als sie für die Herstellung verbraucht.
Daher ist Photovoltaik eine der Energiequellen für die Zukunft und ein zentraler Bestandteil der Energiewende. Du kannst bereits heute einen Beitrag dazu leisten mit deiner eigenen Photovoltaikanlage, die sich auch finanziell sehr für dich lohnen kann.
Du besitzt kein Eigenheim oder hast keinen Zugriff auf ein Dach? Kein Problem: schon mit einem Balkonkraftwerk kannst du profitieren und grüne Energie ganz einfach selbst erzeugen.
Du zögerst wegen der Kosten einer Solaranlage? Dann haben wir gute Nachrichten: Du kannst in den allermeisten Fällen auf vielfältige Fördermöglichkeiten für Photovoltaik zurückgreifen, die dich bei der Investition unterstützen.
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