Hier geht es zum zweiten Teil!
Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie mit Hilfe von PV-Zellen. Technisch gesehen sind Photovoltaikzellen die eleganteste und umweltfreundlichste Methode der Stromerzeugung, die wir heute kennen.
Aufbau einer Photovoltaikzelle
Photovoltaikzellen werden überwiegend aus hochreinem Silizium hergestellt, wie es auch in der Elektronik für Halbleiterbauelemente verwendet wird. Ausgangsmaterial ist Quarzsand, der in großen Mengen verfügbar ist. Die Siliziumatome bilden ein stabiles Kristallgitter. Durch Zugabe von gezielten Verunreinigungen (Dotierung) können unterschiedliche Ladungspotenziale erzeugt werden. Die dem Sonnenlicht zugewandte Schicht ist mit Phosphor negativ dotiert (Elektronenüberschuss), die darunter liegende Siliziumschicht wird dagegen durch gezielte Beigabe von Boratomen positiv dotiert (Elektronenmangel). An der Grenzschicht entsteht ein entgegen der Dotierung gepoltes elektrisches Feld, das zur Trennung der durch Sonnenlicht freigesetzten Ladung führt. Bei Lichteinfall entsteht ein elektrisches Energiepotenzial (elektrische Spannung). Auf Vorder und Rückseite der Zellen sind metallische Kontakte aufgebracht. Wird der
Stromkreis zwischen beiden Polen durch einen Verbraucher geschlossen, fließt Strom.
der Einstrahlung
Abhängigkeit von der Einstahlung
Der Strom und damit die elektrischeLeistung einer PV-Zelle ist direkt abhängig von der Bestrahlungsstärke. Daher liefern PV-Zellen die meiste Energie bei direktem Sonnenschein. Bei diffusem Licht kann nur noch eine geringe Leistung abgegeben werden. Außerdem ist der Wirkungsgrad der Photovoltaikzelle in starkem Maße abhängig von der Temperatur. Je niedriger die Zelltemperatur, desto größer ist die äquivalente Fläche in der Strom-Spannungskurve, die der
maximal möglichen Leistung als Produkt von Spannung und Stromstärke entspricht. Um den Energieertrag zu optimieren, versucht der Wechselrichter einer PV-Anlage permanent, das unter der aktuellen Einstrahlung und Zelltemperatur optimale Verhältnis aus Strom und Spannung, den so genannten MPP-Punkt (Maximum Power Point) einzustellen. Die Spitzenleistung einer Photovoltaikzelle wird unter Standardtestbedingungen für eine Einstrahlungsleistung von 1.000 W pro Quadratmeter bei einer Zelltemperatur von 25 °C ermittelt.
Sie wird in „Wp“ – Watt peak (peak = engl., Spitze) angegeben.
Arten von Photovoltaikzellen
Der Zellenwirkungsgrad, d. h. der Anteil der in Strom umgewandelten Sonnenenergie, liegt bei den heute im industriellen Maßstab verfügbaren PV-Zellen je nach Struktur und Material zwischen 5 und 20 %. Bei den wichtigsten derzeit auf dem Markt befindlichen Zellen handelt es sich (in Reihenfolge nach maximal möglichem Wirkungsgrad) um monokristallines Silizium, polykristallines Silizium sowie Dünnschichtzellen aus Kupfer-Indium-Diselenid (CIS), Cadmium-Tellurid (CdTe) oder amorphem Silizium.
Alle Bilder/Grafiken: Vaillant Deutschland GmbH
