Photovoltaik

Als Photovoltaik bezeichnet man die direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie. Diese sehr umweltfreundliche Art der Energieumwandlung steht unbegrenzt zur Verfügung, denn die Energiequelle ist Sonnenlicht.


Aus physikalischer Sicht ist die in Strom umgewandelte Sonnenenergie eine äusserst hochwertige Energieform mit hoher Energie. Das heisst, dass ein hoher Anteil von dieser in jede andere Energieform umgewandelt werden kann. Dagegen ist die Umwandlung von Wärme oder innerer Energie in andere Energieformen durch den zweiten Hauptsatz der Wärmelehre begrenzt.


Funktionsprinzip

Die heute auf dem Markt erhältlichen Solarzellen sind aus Silizium hergestellt. Silizium ist als Rohstoff auf der Erde in beliebigen Mengen billig verfügbar und findet als Halbleiter in der Elektronik breite Anwendung. Für die Herstellung der Solarzellen benötigt man jedoch hochreines Silizium. Der Reinigungsprozess ist aufwendig und treibt die Kosten in die Höhe. Eine Solarzelle besteht im Prinzip aus zwei Siliziumschichten. Diese Schichten werden positiv bzw. negativ dotiert, das bedeutet mit einer genau festgelegten Anzahl Fremdatome gezielt „verunreinigt". Für die positive Dotierung verwendet man Bor, für die negative Phosphor. So entstehen eine positiv und eine negativ geladene Schicht und dazwischen ein sogenannter p-n-Übergang. Treffen nun energiereiche Photonen des Sonnenlichts auf Siliziumatome im Grenzbereich der Schichten, dann lösen sie damit Elektronen aus der Si-Elektronenhülle aus ihrer Bindung und bewirken eine Teilung der Ladungsträger: die Elektronen springen in die n-Zone, in der p-Zone entsteht ein „Loch". Dieser Vorgang heisst photovoltaischer Effekt.


Kristalline Zellen

Sie weisen eine regelmässige Kristallstruktur auf. Monokristalline Zellen: sind Zellen, die nahezu keine Verunreinigungen aufweisen. Sie haben eine ideale Gitterstruktur, sind aber sehr aufwendig in der Herstellung


Polykristalline Zellen

Sie enthalten in der Gitterstruktur Fremdatome. Die Herstellung ist aber entsprechend einfacher, was sich in einem geringeren Zeitaufwand und damit natürlich auch in geringeren Kosten niederschlägt. Die gereinigte Siliziumschmelze wird in Blöcke gegossen und anschliessend wie auch die monokristalline mit einer Säge in Scheiben von 0,25 bis 0,4 mm Dicke zersägt. Beim Zersägen entsteht viel Abfall, der besonders bei der monokristallinen Technik die Kosten in der Produktion wieder steigert. Der erreichte Wirkungsgrad von polykristallinen Zellen beträgt etwa 15%.


Amorphe Zellen

Sie weisen eine regelmässige Kristallstruktur auf; Eine Schicht aus amorphem Silizium wird auf eine Trägerplatte aufgebracht. Zur Erreichung des photovoltaischen Effektes sind nur sehr dünne Schichten notwendig- Amorphe Zellen sind die billigsten Zellen. Vor allem in der Herstellung ist wesentlich weniger Energie notwendig. Der Wirkungsgrad liegt bei kommerziell verfügbaren Zellen deutlich unter 10%. Häufig begegnen uns amorphe Solarzellen in elektronischen Kleingeräten wie Uhren und Taschenrechnern.


Autonome Anlagen

Eine autonome oder Inselanlage erzeugt Strom für ein Haus oder einen Verbraucher ohne Verbindung zum Elektrizitätsnetz. In der Schweiz befindet sich ein Grossteil der autonomen Anlagen in abgelegenen Häusern. Hier ist eine Solaranlage oft die wirtschaftlichste Methode der Stromproduktion. Eine solche Anlage umfasst als wesentliches Merkmal einen Stromspeicher für die Nacht oder Schlechtwettertage.

Für die Speicherung werden hochwertige Bleiakkumulatoren verwendet. Damit diese niemals überladen oder tiefentladen werden, was sich negativ auf ihre ohnehin begrenzte Lebensdauer auswirken würde, wird ein Laderegler vorgeschaltet. Der Laderegler überwacht ständig den Ladezustand der Akkus.