Verständlich erklärt: Aufbau und Funktion einer Solarzelle
Gerade in Zeiten, in denen der Klimawandel und die hohen Kosten für Strom aus dem Netz heiß diskutiert werden, steigt das Interesse, durch den Betrieb einer Solar- bzw. Photovoltaikanlage eigenen umweltfreundlichen Solarstrom mithilfe von Sonnenlicht selbst zu erzeugen. Doch wie funktioniert diese zukunftsweisende Trendtechnologie eigentlich? Um diese Frage beantworten zu können, ist es hilfreich, sich zunächst etwas genauer mit dem Aufbau einer Solarzelle zu beschäftigen. Unser Ratgeber verschafft Ihnen einen Überblick zum Thema.
Solarzellen:
Wie ist ihr Aufbau und was passiert im Inneren einer Solarzelle?
Sie sind das absolute Herzstück und gleichzeitig die kleinste Einheit jeder PV-Anlage: die Solarzellen. In ihnen entsteht der sogenannte photoelektrische Effekt oder in anderen Worten: Hier findet das Verfahren statt, bei dem das Licht der Sonne eingefangen und in elektrische Energie umgewandelt wird. Wie aber genau geht dies vonstatten? Hierbei hilft ein Blick auf den Aufbau einer Solarzelle:
Das wichtigste Element einer Solarzelle ist deren Halbleiter, welcher aus drei Schichten Silizium besteht – aus einer Deckschicht, einer Zwischenschicht und einer Schicht, die als untere Rückseite fungiert. Jede dieser Schichten erfüllt dabei einen ganz eigenen Zweck.
Dies passiert im Inneren einer Solarzelle
Gelangen die in den Sonnenstrahlen befindlichen Photonen (mikroskopisch kleine Energie-Teilchen) auf die Oberfläche einer Solarzelle, werden im Silizium befindliche Elektronen freigegeben.
Dabei bleibt an jeder Stelle, an der ein Elektron losgelöst wird, ein positiv geladenes Loch im Silizium zurück. Anschließend wandern die entstandenen Löcher zur Unterseite der Solarzelle, während sich die Elektronen einen Weg zur Oberseite des Siliziums bahnen. Als Resultat bildet sich ein elektrisches Feld an den Grenzflächen der Zelle.
Aufgrund ihrer gegensätzlichen Ladungen werden sich die Teilchen nach und nach wieder aufeinander zu bewegen. Dies gilt es nun zu verhindern. Denn wird die Anziehung künstlich verlängert, wird eine Spannung an Strom in der mittleren Siliziumschicht erzeugt. Um dies zu erreichen, wird das Silizium der oberen Schicht bewusst mit fremden Phosphoratomen und die untere Schicht mit Boratomen „verunreinigt“, was auch als Dotierung bezeichnet wird. Diese herbeigeführte Verunreinigung verhindert die Harmonisierung der negativ und positiv geladenen Atomen. Und je länger dieser Zustand anhält, desto größer ist die Spannung. Die zentrale Funktion einer Solarzelle ist es also, die Wiedervereinigung von negativ und positiv geladenen Teilchen umzuleiten bzw. künstlich zu verlängern.
Mithilfe eines Wechseltrichters kann der produzierte Gleichstrom anschließend für den Eigenbedarf in Wechselstrom umgewandelt werden. Wenn gewünscht, kann ein Teil der elektrischen Solarenergie auch über einen Stromzähler in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden, damit der Anlagenbetreiber von der Einspeisevergütung profitieren kann.
Verschiedene Typen, gleicher Aufbau:
Eine Solarzelle funktioniert stets nach demselben Prinzip
Der Markt offeriert heute verschiedene Arten von Photovoltaik-Zellen, die sich hinsichtlich des verwendeten Materials, der Leistung, der Herstellung und des Wirkungsgrads deutlich voneinander unterscheiden, wobei die zwei in Deutschland gängigsten Varianten jene aus mono- und aus polykristallinem Silizium sind. Des Weiteren gibt es noch die sogenannten Dünnschichtzellen. Trotz der unterschiedlichen Eigenschaften ist der Aufbau allerdings stets der gleiche – egal, ob monokristalline oder polykristalline Solarzelle bzw. Dünnschichtzelle. Übrigens: Eine Zelle kommt niemals allein aufs Dach: Es werden immer mehrere Solarzellen zu einem Verbund verarbeitet – dem PV-Modul.
Möchten Sie mehr zu den einzelnen Varianten von PV-Modulen erfahren, finden Sie hier in unserem Photovoltaik-Ratgeber weiterführende Informationen. Natürlich können Sie sich auch an unseren Kunden-Service wenden, wenn Sie Interesse an einer eigenen Solaranlage haben. Gerne beraten wir Sie individuell und unverbindlich.
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