Solarzelle: Funktion und Aufbau leicht verständlich erklärt.

Unser Energiebedarf wächst. Und wächst. Und wächst. Bisher hat die Menschheit diesen Hunger mehrheitlich mit fossilen Brennstoffen wie Öl und Kohle gestillt, aber ein Umdenken ist überfällig. Einerseits, weil diese fossilen Brennstoffe endlich sind. Andererseits, weil Umwelteinflüsse wie der Klimawandel eine verstärkte Energiegewinnung aus regenerativen Quellen dringend erforderlich machen.

Die Sonne ist die mächtigste Energiequelle, die wir kennen: Täglich schickt sie uns Schätzungen zufolge den weltweiten Energiebedarf von acht Jahren! Kein Wunder also, dass der Sonnenenergie künftig eine entscheidende Rolle in der Energieversorgung der Erde zukommt. Wie Solar- und Photovoltaikanlagen funktionieren, haben wir hier geschildert. Aber welche Funktionen haben dabei Solarzellen? Und welche Solarzellentypen gibt es? Wir klären auf!

Grundlegender Aufbau einer Solarzelle.

Das Herz einer Photovoltaikanlage bilden die Solarzellen – sie sind für die Stromgewinnung zuständig. Bei Solarzellen handelt es sich um dünne Scheiben von meist 15,6 x 15,6 Zentimetern Größe. Sie bestehen aus einem Halbleitermaterial, also einem Stoff, der Eigenschaften sowohl von Leitern als auch Isolatoren (Nichtleitern) besitzt. Welche dieser Eigenschaften überwiegt, lässt sich von außen beeinflussen, etwa durch die Zugabe von chemischen Elementen. Eines der wichtigsten Halbleiter materialien ist Silizium, es findet sich auch in den meisten heutigen Solarzellen. Einige Solarzellen nutzen andere Verbindungen wie Cadmiumtellurid (CdTe) oder wie die sogenannten CIGS-Zellen eine Verbindung von Kupfer, Indium, Gallium sowie Schwefel und Selen.

Wirkungsgrad von Solarzellen.

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle oder eines Solarmoduls gibt an, wie viel von der zur Verfügung stehenden Energie tatsächlich in Solarstrom umgewandelt wird. Oder anders ausgedrückt: Sie beziffert das Verhältnis zwischen der eingestrahlten Solarenergie und dem Ertrag. Der Wirkungsgrad der Zellen unterscheidet sich stark je nach genutzter Technik – er kann zwischen 4 und 20 Prozent liegen (siehe: Welche Arten von Solarzellen gibt es?).

Zeitreise in die Vergangenheit: Seit wann wird Solarenergie genutzt?

Bereits die alten Ägypter und südamerikanische Hochkulturen wie die Maya wussten die Energie der Sonne zu nutzen – allerdings passiv. Sie bauten Häuser, bei denen Fenster und Türen so angebracht waren, dass die Wärme der Sonne im Haus aufgenommen und dort gespeichert wurde. Die aktive Nutzung läutete 1839 der französische Physiker Alexandre Becquerel ein, der den photoelektrischen Effekt entdeckte. Die erste Solarzelle der Welt baute der US-Amerikaner Charles Fritts im Jahr 1883 – mit einem Wirkungsgrad von einem Prozent. Allerdings war selbst ihm als Erfinder die genaue Wirkungsweise nicht bekannt. 1954 entstand in den Bell Telephone Laboratories die erste Silizium-Solarzelle, wie wir sie heute kennen. Der Wirkungsgrad betrug 6 Prozent. Erste Anwendungen im All folgten: Der US-Satellit „Vanguard I“ besaß ein Solarpanel aus 108 Siliziumzellen, deren Wirkungsgrad in der Zwischenzeit auf 10 Prozent gestiegen war. Noch blieb die Technik allerdings zu teuer für den privaten Einsatz. Das änderte sich ab der Ölkrise von 1973: Von nun an wurde verstärkt im Bereich Solarenergie geforscht, oft mit staatlicher Unterstützung. Die Preise fielen, etwa ab Mitte der Achtziger fanden sich dann erste Solaranlagen auf privaten Hausdächern.

Viele Zellen sind ein Modul, viele Module eine Anlage.

Die Energieproduktion einer Zelle ist gering: In der prallen Sonne kommen etwa 0,5 Volt Spannung und 5 Ampere Strom zusammen, was ungefähr einer Leistung von 2,5 Watt entspricht. Damit reißt du natürlich keine Bäume aus. Aus diesem Grund werden mehrere Solarzellen in einer Reihe zusammengeschaltet – zu einem Solarmodul. Ein solches Modul, das in der Regel in einem Alu-Rahmen eingebettet und nach oben mit einer Glasplatte geschützt ist, besteht häufig aus 36 oder 72 Zellen. Bis zu 100 Module ergeben wiederum eine Photovoltaikanlage.

Solaranlage nah
Solarenergie in Deutschland.

Der 1. Mai 2018 war ein besonderes Datum: Zwischen 13:15 und 15:15 Uhr deckten ausschließlich die verschiedenen Arten von Ökostrom (Solarenergie, Wind, Wasser, Biomasse) den gesamten deutschen Strombedarf ab. Das war zuvor schon einmal der Fall gewesen: am 1. Januar 2018 von fünf bis sechs Uhr morgens. Da schlief allerdings ganz Deutschland noch und der Anteil der Solarenergie war jahreszeitlich bedingt zu vernachlässigen. Diese beiden Tage beweisen: Mit der erneuerbaren Energie geht’s voran! 2017 stellte Ökostrom einen Anteil von 33,1 Prozent an der gesamten deutschen Stromerzeugung – ein Plus von 4,1 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. Der Anteil von Solarstrom an der deutschen Bruttostromerzeugung lag bei 6,1 Prozent (2016: 5,9 Prozent). Die kumulierte elektrische Leistung aller netzgekoppelten Photovoltaikanlagen belief sich 2017 in Deutschland auf 41 Gigawattpeak, wobei Wattpeak für die abgegebene elektrische Leistung unter Standard-Testbedingungen steht. Damit betrug der Anteil der PV-Anlagen am deutschen Bruttostromverbrauch etwa 6,6 Prozent. Für 2020 wird mit einem Anteil zwischen 8 und 10 Prozent gerechnet.

Solaranlagen Wiese Sonnenuntergang

Welche Arten von Solarzellen gibt es?

Solarzellen lassen sich in drei Typen einteilen:

  • Monokristalline Solarzellen.
    Monokristalline Solarzellen müssen in einem aufwendigen Verfahren hergestellt werden und weisen einen hohen Siliziumgehalt sowie eine regelmäßige Kristallstruktur auf – so kommt es nicht zu Streuverlusten aufgrund von ungleichmäßig angeordneten kristallinen Strukturen, wie es bei den polykristallinen Solarzellen der Fall ist. Das macht monokristalline Zellen teurer, garantiert aber auch einen sehr hohen Wirkungsgrad zwischen 14 und 20[PO1] . Dieser Solarzellentyp eignet sich daher hervorragend für kleinere Dachflächen.
  • Polykristalline Solarzellen.
    Polykristalline Zellen weisen weniger reines Silizium auf als die einkristalline Variante. Sie sind daher günstiger in der Anschaffung – diese Solarzellen sind die meist verkauften Modelle. Allerdings ist ihr Wirkungsgrad ebenfalls geringer, liegt bei etwa 12 bis 16 Prozent. Meist werden polykristalline Zellen auf mittelgroßen Dachflächen verbaut.
Solaranlage auf einem Wohnhaus.
  • Dünnschichtsolarzellen.
    Bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen wird der Halbleiter (amorphes Silizium, Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Diselenid) auf einen Träger aus Glas, Kunststoff oder Metall aufgetragen. Die daraus entstehende, mikrometerdicke Schicht absorbiert das Sonnenlicht. Dünnschichtmodule sind extrem leicht und stellen die günstigste Variante dar. Die Zellen haben allerdings einen niedrigen Wirkungsgrad von 4 bis 10 Prozent und eignen sie sich für große Dachflächen mit vielen Modulen.
Yello Solar: Person bringt Solaranlage auf Dach an

Lohnt sich eine eigene Solaranlage für dich?

Jetzt blitzschnell und unverbindlich dein Solarpotenzial berechnen.

Zur Analyse

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

facebook instagram twitter youtube linkedin xing envelop hilfe login menu phone messenger whatsapp mail kwk gas strom waermestrom more playbutton payback loading-indicator