Solarzellen

Eine Solarzelle wandelt Sonnenstrahlung in Strom, wobei diese Umwandlung auf dem sogenannten photovoltaischen Effekt beruht.

Photoeffekt

Dieser Photoeffekt tritt bei Halbleitermaterialien auf und meint, dass durch einfallendes Licht zwischen zwei Elektroden eine Differenz im Potenzial erzeugt wird, sodass Strom fließt. Diese Fähigkeit, einerseits Photonen zu absorbieren und gleichzeitig Teilchen zu produzieren, die eine Ladungsverschiebung verursachen, ist auf Halbleiter beschränkt.

Funktionsweise


Eine einzelne, klassischeSolarzelle besteht aus zwei Schichten Silizium, wobei die eine mit Bor (p-Schicht), die andere mit Phosphor (n-Schicht) dotiert ist. Die p-Schicht ist deutlich dicker als die n-Schicht, die nur wenige Mikrometer dick ist. Dadurch entsteht zwischen den beiden Schichten am p-n-Übergang ein elektrisches Feld. Gleichzeitig entstehen Elektronen-Loch-Paare und Gleichstrom kann fließen, wenn jeweils Kontakte angebracht werden und der Kreis geschlossen wird.

Von der Solarzelle zum Solarmodul

Die Stromstärke hängt hängt maßgeblich von der Einstrahlung ab, ist aber durch ihren Wirkungsgrad und ihre Größe begrenzt. Deshalb werden mehrere Solarzellen in einem Solarmodul verschaltet. Damit wird auch der Fertigungsaufwand insgesamt geringer gehalten, denn die verschalteten Zellen müssen ja geschützt werden. Die Größe der einzelnen Solarzelle hängt unter anderem vom Herstellungsverfahren ab, üblich sind circa 15 x 15 cm (6 Zoll). Es werden dann unterschiedlich viele Solarzellen zu einem Solarmodul zusammengefasst. Meist sind es 4 mal 9 Zellen, sodass ein durchschnittliches Modul 36 oder 72 Solarzellen umfasst. Es gibt aber für unterschiedliche Anwendungen auch Module mit weniger oder deutlich mehr Zellen. Die Solarzellen werden dann in eine Kunststoffschicht gegossen und von unten mit einer Folie laminiert. Von oben wird das Modul mit Glas oder mit Epoxidharz (flexible Module) abgedeckt.

Verschaltung der Solarzellen

Die Solarzellen werden untereinander mit Lötbändchen verbunden. Um nutzbare Spannungen zu erzeugen, werden die Solarzellen in Reihe geschaltet. Werden sie parallel geschaltet, erhöht sich die Stromstärke. Zum Schutz vor Defekten werden zudem Bypassdioden antiparallel verschaltet, die sozusagen den Strom an der defekten Solarzelle vorbeileiten. Meist wird aus Kostengründen eine Bypassdiode für mehrere Solarzellen verwendet.