Wie funktioniert Photovoltaik in Solarzellen?

Die Sonne ist für uns Menschen eine direkte Energiequelle, die es zu nutzen gilt. Gerade mit dem Hintergrund der erschöpfenden fossilen Brennstoffe und dem Trend zu erneuerbaren Energien, die zudem sauber Energie erzeugen können. Dabei spielt die Photovoltaik eine große Rolle, denn unsere Sonne ist die Lebensquelle schlechthin und liefert uns seit Millionen von Jahren Sonnenenergie kostenlos frei Haus.

Strom aus Sonnenenergie mithilfe von Photovoltaik und dem Photoeffekt in Solarzellen

Mithilfe der Photovoltaik wird Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Dazu kommen sogenannte Solarzellen zum Einsatz, welche den physikalischen Photoeffekt nutzen, um elektrischen Strom zu erzeugen. Was Pflanzen bereits seit je her tun, nämlich die Sonnenstrahlung direkt in Energie umzuwandeln, versucht der Mensch seit einiger Zeit mithilfe von Solaranlagen.

Dabei besteht eine einzelne Solarzelle jeweils aus vier unterschiedlichen Schichten, welche entweder einen positiven oder negativen Halbleiter darstellen. Am gebräuchlisten ist hier der Einsatz von Silizium als Halbleitermaterial, welches vor allem in der Elektronik- und Computertechnik zum Einsatz kommt. Die Schichten werden – je nach ihrer Ladung – als p-Schicht (positiv) oder n-Schicht (negativ) benannt. Die Ladung kann dabei durch andere chemische Stoffe aus den Hauptgruppen (auch Dotierstoffe genannt) positiv oder negativ leitend beeinflusst werden. Für die positive Leitfähigkeit kommt vor allem Bor, für die negative Leitfähigkeit vor allem Phosphor zum Einsatz.

Solarzellen bestehn aus 4 Schichten mit unterschiedlicher Ladung, welche Sonnenstrahlung in elektrischen Strom umwandelt

Sonnenlicht besteht aus Photonen, welche Welleneigenschaften aufweisen. Mithilfe des physikalischen Photoeffekts wird in dem dotierten Halbleitermaterial eine elektrische Spannung aufgebaut, welche durch Absorption der Photonen (Sonnenlicht) entsteht. Dabei werden die Elektronen, welche negativ geladen sind, von den positiv geladenen Teilchen (Protonen) getrennt und zu den Polen hin abgeleitet, um elektrischen Strom zu gewinnen. Eine Solarzelle ist umso wirkungsvoller (siehe Wirkungsgrad von Solarzellen), je schneller sie die beiden Ladungen voneinander trennen und abführen kann. Diese Ladungstrennung leitet den gewonnenen Strom in Batterien oder direkt zum Verbraucher weiter.

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Carsten Kraft
Freiberuflicher Software Entwickler, CTO/PM und Tech Geek seit über 15 Jahren im professionellen B2B Bereich und mit mehr als 22 Jahren Computer, Netzwerk und Betriebssystem Skills. Technologie als Leidenschaft entwickle ich hauptsächlich mit Microsoft C#, ASP.NET/MVC, WPF/Silverlight, HTML5, JS, SQL, VB und PHP als Grundlagen für internationale Softwareprojekte.

4 Responses to “Wie funktioniert Photovoltaik in Solarzellen?”

  1. Thomas Bauer

    Jan 02. 2013

    Die Photovoltaik ist eine der großen Chancen für uns, um umweltfreundliche und grüne Energie zu gewinnen, die zudem auch noch kostengünstig verfügbar ist. Besten Dank für diesen Artikel. Thomas

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    • Carsten Kraft

      Jan 11. 2013

      Vielen Dank Thomas, so ist es! Hoffe das diese Form der grünen Energiegewinnung in den nächsten Jahren noch weiter gefördert und voran getrieben wird in Deutschland

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  2. Dirk Heinen

    Jan 05. 2013

    Mit zunehmendem Wirkungsgrad der Solarzellen wird die Solorenergie auch für uns in Deutschland immer interessanter. Schöner Artikel zur Photovoltaik, Carsten

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  3. Carsten Kraft

    Jan 11. 2013

    Danke Dirk! Mittlerweile sind sogar sehr günstige Solarzellen aus China auf dem Massenmark, die einen sehr hohen Wirkungsgrad besitzen und die heimischen Wohnhäuser leicht erweiterbar machen

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