Interessieren Sie sich für umweltfreundliche Energie und denken darüber nach, eine Solaranlage zu installieren? Solarzelle Aufbau, die Kernelemente einer Photovoltaikanlage, wandeln Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um.
In diesem Blogbeitrag zeigen wir Ihnen detailliert den Aufbau einer Solarzelle, erklären deren Funktionsweise und stellen verschiedene Arten von Solarzellen vor. Sie werden staunen, wie faszinierend die Welt der Solartechnik ist!
Zusammenfassung
- Solarzellen bestehen aus verschiedenen Schichten Silizium und wandeln Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um.
- Die Funktionsweise einer Solarzelle basiert auf dem P-N-Übergang im Silizium, bei dem das absorbierte Licht Elektronen erzeugt und ein elektrisches Feld einen Stromfluss erzeugt.
- Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, wie monokristalline, polykristalline, Dünnschichtmodule und CIGS-Module.
- Die Kosten für Solarzellen variieren je nach Größe und Qualität, aber es gibt Fördermöglichkeiten und langfristige Kosteneinsparungen durch die Nutzung von Solarenergie.
Solarzelle Aufbau
Die Solarzelle besteht aus einer Schichtstruktur aus Silizium, die aus n-dotiertem und p-dotiertem Silizium besteht.
Schichtstruktur aus Silizium
Silizium ist das Hauptmaterial in Solarzellen. Es gibt drei Schichten aus Silizium. Jede Schicht hat eine Aufgabe. Die obere Schicht bekommt extra Elektronen. Das ist die n-Schicht.
Die mittlere Schicht, auch Basis genannt, ist neutral. Die untere Schicht hat weniger Elektronen. Das ist die p-Schicht. Aus diesen Schichten wird Strom gemacht. Mit Licht werden Elektronen aus der n-Schicht geholt.
Sie springen zur p-Schicht. So fließt Strom und wir haben Energie!
n-dotiertes und p-dotiertes Silizium
Silizium-Solarzellen sind aus n-dotiertem und p-dotiertem Silizium gemacht. Das n-dotierte Silizium hat viel Elektronen. Man nennt es auch elektronenreich. Aber das p-dotierte Silizium ist anders.
Es hat Löcher, wo Elektronen fehlen. Darum nennt man es elektronenarm.
Die zwei Silizium-Arten sind sehr wichtig für die Solarzelle. Sie kommen an einem Ort zusammen. Dort entsteht eine Zone. Sie heißt Raumladungszone. Diese Zone ist der p-n-Übergang.
Er lässt Strom durch die Solarzelle fließen.
Funktion der einzelnen Schichten
Jede Schicht in einer Solarzelle hat eine besondere Rolle. Die Solarzelle besteht aus drei Schichten Silizium. Zwei davon sind nicht gleich. Eine ist n-dotiert und die andere ist p-dotiert.
Dies bedeutet, dass eine Schicht mehr Elektronen hat und die andere weniger.
Die n-dotierte Schicht sitzt oben auf der Solarzelle. Sie nimmt das Sonnenlicht auf. Die p-dotierte Schicht liegt unten. Sie sorgt dafür, dass der Strom fließt. Zwischen diesen beiden Schichten bildet sich eine dritte Schicht.
Man nennt sie Raumladungszone. Hier entsteht ein elektrisches Feld, welches sehr wichtig für die Funktion der Solarzelle ist. Es schiebt die Elektronen in die richtige Richtung und erzeugt so den elektrischen Strom.
Funktionsweise einer Solarzelle
Das Sonnenlicht wird in einer Solarzelle in elektrische Energie umgewandelt. Durch den P-N-Übergang im Silizium entsteht ein elektrischer Strom. Mehr über Solar-Klimaanlagen erfahren.
Umwandlung von Licht in elektrische Energie
Solarzellen haben die Fähigkeit, Licht in elektrische Energie umzuwandeln. Dies geschieht mithilfe eines speziellen Prozesses, der als Photovoltaik bezeichnet wird. Wenn Sonnenlicht auf eine Solarzelle trifft, absorbiert sie dieses Licht.
Das absorbierte Licht erzeugt dann Elektronen in den Halbleiterschichten der Zelle. Diese Elektronen werden durch ein elektrisches Feld getrennt und erzeugen so einen Stromfluss. Dieser Strom kann dann genutzt werden, um elektrische Geräte zu betreiben oder in Batterien gespeichert werden.
Solarzellen sind also eine umweltfreundliche Möglichkeit, Sonnenlicht in nutzbare Energie umzuwandeln.
Entstehung eines elektrischen Stroms
In der Solarzelle entsteht ein elektrischer Strom, wenn Sonnenlicht auf die Oberfläche der Zelle trifft. Wenn das Licht auf die Solarzelle fällt, werden Elektronen in den Siliziumschichten der Zelle angeregt.
Diese Elektronen bewegen sich dann durch das Material und erzeugen einen elektrischen Strom. Die Metallkontakte an den Seiten der Zelle leiten den Strom ab und ermöglichen es, ihn zu nutzen.
Auf diese Weise kann die Solarzelle Sonnenlicht in nutzbare elektrische Energie umwandeln.
Arten von Solarzellen
Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, wie monokristalline Solarzellen, polykristalline Solarzellen, Dünnschichtmodule und CIGS-Module.
Monokristalline Solarzellen
Monokristalline Solarzellen werden aus monokristallinem Silizium hergestellt. Diese Art von Solarzellen hat einen hohen Wirkungsgrad und erzielt hohe Leistungen. Der Wirkungsgrad einer monokristallinen Solarzelle ist aufgrund mehrerer Gründe hoch.
In der Tat haben monokristalline Solarzellen einen Wirkungsgrad von über 20%. Diese hohe Effizienz macht sie zu einer beliebten Wahl bei Interessenten einer Solaranlage.
Polykristalline Solarzellen
Polykristalline Solarzellen bestehen aus mehreren kleinen Kristallen und haben einen niedrigeren Wirkungsgrad im Vergleich zu monokristallinen Solarzellen. Dies liegt daran, dass die Kristalle nicht perfekt ausgerichtet sind.
Trotzdem sind polykristalline Solarmodule sehr beliebt, da sie deutlich preiswerter sind. Tatsächlich sind sie eine der am häufigsten verwendeten Photovoltaik-Module auf deutschen Dächern.
Dünnschichtmodule
Dünnschichtmodule sind eine Art von Solarzellen, die dünner, flexibler und kostengünstiger hergestellt werden können als herkömmliche Solarmodule. Sie bestehen aus einer Schichtstruktur aus unterschiedlich dotiertem Silizium, ähnlich wie andere Solarzellen.
Der Unterschied liegt jedoch darin, dass die Schichten in Dünnschichtmodulen viel dünner sind. Durch diese geringere Dicke können Dünnschichtmodule nicht nur auf starren Oberflächen wie Dächern installiert werden, sondern auch auf flexiblen Oberflächen wie beispielsweise auf Fassaden oder sogar Kleidungsstücken.
Es gibt verschiedene Arten von Dünnschichtmodulen, die sich in den Materialien und der Herstellungstechnologie unterscheiden. Ein Beispiel für eine solche Art ist das CIGS-Modul, das aus den Materialien Kupfer, Indium, Gallium und Selen besteht.
Diese Module haben eine hohe Lichtabsorption und sind daher effizient bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Die Kosten pro Watt Leistung sind bei Dünnschichtmodulen im Allgemeinen niedriger als bei anderen Solarzellentypen.
Dies macht sie zu einer attraktiven Option für diejenigen, die eine Solaranlage installieren möchten.
CIGS-Module
CIGS-Module bestehen aus einer Solarzelle mit einem CIGS-Absorber. Diese Module sind besonders leicht, flexibel und auch preiswert. Im Vergleich zu anderen Solarzellen können CIGS-Module sogar diffuse Sonnenstrahlung nutzen.
Das bedeutet, dass sie auch bei bewölktem Wetter gut funktionieren. Einer der Hauptvorteile von CIGS-Modulen ist ihre hohe Leistung bei vergleichsweise geringen Kosten. Der Wirkungsgrad der CIGS-Module beträgt etwa 17,6 Prozent, was für eine effiziente Energieerzeugung sorgt.
Kosten und Nutzung von Solarzellen
Anschaffungskosten können je nach Größe und Qualität der Solarzelle variieren.
Fördermöglichkeiten wie staatliche Zuschüsse oder Vergütungen für eingespeisten Strom sind verfügbar.
Solarenergie kann in verschiedenen Bereichen wie Wohnhäusern, Gewerbeimmobilien und landwirtschaftlichen Betrieben genutzt werden.
Vorteile der Solarenergie umfassen eine saubere und umweltfreundliche Energiequelle sowie langfristige Kosteneinsparungen.
Anschaffungskosten
Die Anschaffungskosten von Solarmodulen können stark variieren. Die Preisspanne liegt zwischen 0,19 € pro Wp und 0,39 € pro Wp für Großhandelskosten. Im Jahr 2023 werden die Kosten für eine Photovoltaikanlage voraussichtlich zwischen 7.000 und 20.000 € liegen.
Der Preis pro Kilowatt-Peak (kWp) Leistung beträgt ungefähr 1.300 €, je nach Größe der Anlage. Bei der Planung einer Solaranlage ist es wichtig, den selbst erzeugten Strom möglichst selbst zu nutzen.
Fördermöglichkeiten
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um Förderungen für den Bau einer Solaranlage zu erhalten. Hier sind einige Optionen:
- KfW-Förderung: Die Kreditanstalt für Wiederaufbau bietet zinsgünstige Darlehen und Zuschüsse für Solarprojekte an.
- Bundesländerförderung: Viele Bundesländer bieten spezifische Förderprogramme für erneuerbare Energien an. Diese Programme können finanzielle Unterstützung oder Steuervergünstigungen umfassen.
- Einspeisetarife: In einigen Ländern gibt es Einspeisevergütungen, bei denen Sie den erzeugten Strom ins Netz einspeisen und dafür eine Vergütung erhalten können.
- Net-Metering: Bei dieser Methode wird der überschüssige Strom, den Ihre Solaranlage erzeugt, ins öffentliche Stromnetz eingespeist und von Ihrem Energieversorger vergütet.
- Klimaschutz- und Umweltprämien: Es gibt auch spezielle Prämien und Belohnungen für die Nutzung von erneuerbaren Energien, darunter auch Solarenergie.
- Steuervorteile: In einigen Ländern können Sie steuerliche Vergünstigungen in Anspruch nehmen, wenn Sie in eine Solaranlage investieren.
Anwendungsbereiche und Vorteile der Solarenergie
Anwendungsbereiche und Vorteile der Solarenergie:
Solarenergie kann in vielen Bereichen genutzt werden. Eine häufige Anwendung ist die Erzeugung von Strom für den Eigenbedarf. Mit einer Solaranlage auf dem Dach können Hausbesitzer ihren eigenen Strom produzieren und dadurch ihre Energiekosten senken.
Dies ist besonders vorteilhaft, da die Sonnenenergie kostenlos und erneuerbar ist.
Eine weitere Anwendung der Solarenergie ist die Versorgung von ferngelegenen Gebieten, die nicht an das Stromnetz angeschlossen sind. Durch den Einsatz von Solarzellen können diese Gebiete unabhängig von fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Öl sein und ihren eigenen sauberen Strom erzeugen.
Ein weiterer Vorteil der Solarenergie ist ihre Umweltfreundlichkeit. Die Nutzung von Solarenergie reduziert die Emission von Treibhausgasen, die zum Klimawandel beitragen. Der Betrieb von Solarzellen erzeugt keine Luft- oder Wasserverschmutzung und trägt somit zur Verbesserung der Luftqualität bei.
Häufig gestellte Fragen
Wie funktioniert der Aufbau einer Solarzelle?
Eine Solarzelle besteht aus mehreren Schichten, darunter eine Schicht aus Silizium. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, erzeugt sie elektrische Energie.
Wie effizient sind Solarzellen?
Die Effizienz von Solarzellen kann je nach Technologie variieren, aber moderne Solarzellen können Effizienzwerte von über 20-25% erreichen.
Benötige ich spezielle Wartung für meine Solarzelle?
Solarzellen erfordern in der Regel keine spezielle Wartung. Es ist jedoch ratsam, die Zellen regelmäßig auf Verschmutzung oder Beschädigung zu überprüfen und gegebenenfalls zu reinigen.
Kann ich meinen Strombedarf vollständig durch Solarzellen decken?
Es hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der Größe der Solaranlage und dem Stromverbrauch des Haushalts. In einigen Fällen können Solarzellen den gesamten Strombedarf decken, in anderen Fällen kann eine Teilabdeckung erreicht werden.
