Wie funktioniert Photovoltaik: Erklärung der Funktionsweise von Solarzellen
Wie funktioniert Photovoltaik?: Die Grundidee der Photovoltaik besteht darin, mithilfe der Sonnenenergie elektrischen Strom zu erzeugen. Dieser Prozess findet in den sogenannten Solarzellen statt.
Jede Solarzelle besteht im Wesentlichen aus zwei Siliziumschichten, die absichtlich mit verschiedenen Elementen dotiert wurden. Dadurch entstehen in einer Schicht überschüssige Elektronen und in der anderen Schicht ein Elektronenmangel. Dies führt zur Bildung eines elektrischen Dipols mit einer positiven und einer negativen Schicht. Die beiden Siliziumschichten sind über einen elektrischen Leiter miteinander verbunden.
Mehrere solcher Zellen werden zu einem Solarmodul zusammengefügt. Die Herstellung von Solarzellen kann in verschiedenen Verfahren erfolgen und unterscheidet sich vor allem hinsichtlich ihrer Energieeffizienz. Monokristalline Solarzellen erreichen die höchsten Wirkungsgrade, sind jedoch etwas kostspieliger. Sie sind besonders geeignet, wenn begrenzter Platz vorhanden ist, wie beispielsweise auf Hausdächern.
Polykristalline Solarzellen sind kostengünstiger, weisen jedoch eine geringere Effizienz auf. Eine dritte Variante sind Dünnschicht-Solarzellen, die zwar die niedrigsten Wirkungsgrade erzielen, aber äußerst flexibel sind und beispielsweise für mobile Camping-Solarmodule verwendet werden können.
funktioniert Photovoltaik: Sonnenergie in elektrischen Strom umwandeln
Wenn ein Sonnenstrahl auf das Silizium in einer Solarzelle trifft, kann seine Energie ein Elektron aus seiner Umlaufbahn in einem Atom herausschlagen. Aufgrund des elektrischen Dipols bewegt sich dieses freie Elektron nun in Richtung des positiven Pols, während das entstandene “Loch” in Richtung des negativen Pols wandert.
Das Elektron wird über den elektrischen Leiter zum negativen Pol geleitet, wo es den Elektronenmangel ausgleicht. Auf dem Weg von einem zum anderen Pol kann die Energie des sich bewegenden Elektrons für andere Zwecke genutzt werden – das ist der nutzbare Solarstrom.
Eine einzelne Solarzelle erzeugt nur eine sehr geringe Spannung. Deshalb werden innerhalb eines Solarmoduls viele Solarzellen in Reihe geschaltet, um die Spannung zu erhöhen.
Der Gleichstrom, der aus den Solarzellen kommt, kann direkt in einem Stromspeicher gespeichert werden. Um für den Haushalt nutzbar zu sein, muss er jedoch zunächst in Wechselstrom umgewandelt werden. Dies wird in der Regel durch den Wechselrichter durchgeführt, der oft das Kernstück einer Photovoltaik-Anlage darstellt.
Wo ist der Einsatz von Photovoltaik möglich?
Photovoltaik kann an Orten eingesetzt werden, an denen die Sonne ungehindert scheinen kann, ohne von Schatten beeinträchtigt zu werden. Je näher man dem Äquator ist, desto mehr Energie kann man mit PV-Anlagen erzeugen, aber auch in gemäßigten Breiten gibt es ein großes Potenzial.
Photovoltaikanlagen können entweder an das öffentliche Stromnetz angeschlossen oder als Inselsysteme betrieben werden, die unabhängig vom Netz arbeiten, beispielsweise bei Campingausflügen oder in abgelegenen Ferienhäusern.
Darüber hinaus können einzelne Geräte mithilfe von Solarzellen betrieben werden. Ein gutes Beispiel sind Gartenleuchten, die tagsüber Solarenergie speichern und sie nachts für die Beleuchtung nutzen. Die Anwendungsmöglichkeiten von Photovoltaik sind vielfältig und nahezu grenzenlos!
In unserem Shop findest du weitere Informationen zu verschiedenen Arten von PV-Anlagen.
Photovoltaik stellt die Energiequelle der Zukunft dar
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.
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