Fotovoltaik: Wie funktioniert sie?

Die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mit Hilfe von Solarzellen wird als Photovoltaik bezeichnet. Die Umwandlung basiert auf dem photoelektrischen Effekt, der die Freisetzung von positiven und negativen Ladungen innerhalb eines festen Körpers durch Lichtstrahlen beschreibt.

Die meisten der weltweit produzierten Solarzellen bestehen aus dem Halbleiter Silizium. Zwei Siliziumschichten mit unterschiedlichen Ladungen sind das wesentliche Element einer Solarzelle. Zwischen den beiden Schichten befindet sich eine Grenzschicht. Die freigesetzten Ladungen können die Grenzschicht mit Hilfe von Sonnenstrahlen durchdringen. Die erzeugte elektrische Energie kann über Pins genutzt werden, die auf der Vorder- und Rückseite der Solarzelle angeschlossen sind. Auf der Rückseite der Solarzelle befindet sich in der Regel eine volle Kontaktfläche. Auf der Vorderseite befindet sich in der Regel ein dünnes Gitter, um das Licht direkt auf die Oberfläche zu leiten.

Im Allgemeinen sind Solarzellen 10 x 10 cm groß, in letzter Zeit werden die Abmessungen von 15 x 15 cm immer attraktiver. Die Oberfläche der Zelle ist mit einer transparenten Antireflexionsschicht überzogen, um die Solarzelle zu schützen und die Reflexion zu verringern.

Die von der Solarzelle gelieferte Spannung hängt vom Halbleiter ab, z.B. erzeugt Silizium 0,5 V. Während die Spannung nur geringfügig von der Sonneneinstrahlung abhängt, steigt der Strom mit höherer Leuchtkraft. Die Leistung einer Solarzelle ist temperaturabhängig. Höhere Zelltemperaturen führen zu einer geringeren Leistung und damit zu einem niedrigeren Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel des Sonnenlichts in nutzbare elektrische Energie umgewandelt werden kann.