Wie funktionieren Solarzellen – Die Solarenergie wird heute immer beliebter, um Stromkosten zu sparen und gleichzeitig die Umwelt zu unterstützen. Von dem umweltschonenden Strom profitieren heute nicht nur Unternehmen, sondern kommen auch in Privathaushalten immer mehr zum Einsatz. Privathaushalte können bis zu hundert Prozent ihres Strombedarfes selber produzieren, dass durch effektive Solarpaneele möglich ist. Mit Solaranlagen kann auch Wärme produziert werden. In Solarthermieanlagen wird die Energie der Sonne gesammelt, Heizungen sowie Warmwasserbereitung werden damit unterstützt oder beides in einem. Aber wie funktionieren Solarzellen? Dieses Thema wird im Folgenden näher beleuchtet.
Wie funktionieren Solarzellen?
Mit Solarzellen werden Sonnenstrahlen in Energie umgewandelt. In einer Photovoltaikanlage ist die Solarzelle der wichtigste Bestandteil, denn darüber wird die Stromgewinnung erst möglich gemacht. Es werden positive und negative Ladungsträger in der Solarzelle freigesetzt, wenn das Sonnenlicht auf die Zelle scheint. Über einen Halbleiter wird das Sonnenlicht weitergeleitet. Das Silizium ist der ideale Halbleiter, der natürliche Ursprung von Silizium ist Quarzsand.
Die Solarzelle umfasst zwei solche Halbleiterschichten. Die eine Halbleiterschicht ist negativ dotiert, sie verfügt über freie Elektronen, in der anderen Schicht fehlen die Elektronen deshalb ist sie positiv dortiert. Es befindet sich eine Grezschicht dazwischen, durch das Sonnenlicht werden die Elektronen freigesetzt. Die Elektronen bewegen sich in die negative Schicht und bewirken dort eine Spannung. Die Elektronen bewegen sich aus der negativ dotierten Schicht und wandern anschließend in die positiv dotierte Schicht an der Überleitung. So entsteht die Grenzschicht und schluessendlich ein elektrisches Feld.
Die Elektronen werden in der Grenzschicht der Solarzelle gelöst, wenn die Photonen der Sonnenstrahlen auf die Zelle trifft. Die kompletten Elektronen teilen sich jeweils in positiv geladene Portonen und in negativ geladene Elektronen auf. Diese Sammeln sich auf unterschiedlichen Seiten der Solarzelle. Durch diese Aufteilung entsteht an der Solazelle ein Minus- und Pluspol. Als leitendes Material wird in den meisten Fällen Silber oder Aluminium genutzt, welches als Verbindung zwischen den Polen der Solarzelle und einer elektrischen Leitung fungiert. Um den höchsten Energieertrag zu erreichen werden PV-Module senkrecht zur Sonneneinstrahlung aufgestellt. Aus Süden kommt im laufe des Tages die stärkste Sonneneinstrahlung, deshalb ist es wichtig die Anlagen präzise auszurichten um den höchsten Stromertrag zu gewinnen.
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Damit ein Überschuss an produzierten Strom gespeichert werden kann, gibt es verschiedene Formen an Akkus. Bei der Speicherung von Solarstrom ist der Blei-Säure-Akku der älteste, seit Jahrzehnten findet er auch in der Industrie seinen Einsatz. Bei den Blei-Säure Akus sind 3.000 Vollzyklen möglich, er hat dementsprechend eine kurze Lebensdauer von ca. fünf bis sieben Jahren. Bei Blei-Säure-Akkus muss auf eine gute Entlüftungsmöglichkeit geachtet werden. Die Battarie muss regelmäßig mit destiliertem Wasser aufgefüllt werden, da sie nicht vollständig geschlossen ist. Die Blei-Gel-Akkus haben eine Lebensdauer von ca. zehn Jahren.
Das Risiko einer Knallexplosion wird durch das Geel deutlich gemindert. Die langlebigsten und zugleich beliebtesten sind die Lithium-Ionen-Akkus zur Speicherung von Solarstrom. Sie haben eine Lebensdauer von zwanzig Jahren und mehr. Der Wirkungsgrad ist bei diesem Akku am höchsten, es sind bis zu 7.000 Vollladezyklen möglich. Damit sind diese Akkus im Gegensatz zu anderen deutlich im Vorteil. Stromspeicher sollten nicht vollständig entladen werden, um die Lebensdauer nicht zu verkürzen.
Welche Arten von Solarzellen gibt es?
Bei Monokristalline Solarzellen ist der Siliziumanteil sehr hoch. Am effektivsten sind monokristalline Solarzellen bei direkter Sonneneinstrahlung. Durch den Herstellungsprozess sind diese Solarzellen recht teuer. Auch Polykristalline Solarzellen werden aus Silizium hergestellt, das Silizium ist hier polykristallin, was nicht so rein ist. Da für die Produktion weniger Energie benötigt wird und gleichzeitig viel weniger Abfall entsteht, ist sie in der Herstellung preiswert und umweltfreundlich. Also die zusammenfassung ist kurz beschrieben Wie funktionieren Solarzellen.
Die Amorphe Solarzellen ist eine nicht-kristalline Dünnschicht-Zelle. Auch hier wird Silizium verwendet, wird aber mit andern Materialien vermischt. Diese Zellen sind sehr flexibel und können in verschiedenen Formen hergestellt werden. In der Herstellung sind sie unkompliziert und günstig. Solaranlagen werden vielfältig im Gewerbe sowie in Privathaushalten genutzt. Solaranlagen können auf dem Dach, auf dem Balkon oder im Garten für die Produktion von Strom eingesetzt werden.