Eine Solarzelle ist ein elektrisches Bauelement, das die Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie umwandelt. Dieser Prozess wird auch als Photovoltaik bezeichnet. Solarzellen werden häufig zur Stromerzeugung eingesetzt und sind ein wichtiger Bestandteil von Photovoltaikanlagen.
Einsatzbereiche von Solarzellen
Solarzellen finden in verschiedenen Bereichen Anwendung. Hier sind einige typische Beispiele:
- Taschenrechner: Viele Taschenrechner sind solarbetrieben und benötigen keine Batterien mehr.
- Armbanduhren: Solarzellen werden auch in Armbanduhren verwendet, um den Batteriewechsel zu vermeiden.
- Parkscheinautomaten: Solarzellen ermöglichen den Betrieb von Parkscheinautomaten ohne Anschluss an das Stromnetz.
- Weltraum: Solarzellen werden in Satelliten, Raumsonden und Raumkapseln eingesetzt, um Elektrizität fernab der Erde zu erzeugen.
- Photovoltaikanlagen: Solarzellen werden zu Photovoltaikmodulen verbunden und auf Dächern oder Freiflächen installiert, um Strom zu erzeugen.
Wie funktioniert eine Solarzelle?
Eine Solarzelle besteht aus einem Halbleitermaterial, in den meisten Fällen Silizium. Wenn Licht auf die Solarzelle trifft, werden die Elektronen im Halbleitermaterial angeregt und bewegen sich. Dies erzeugt einen elektrischen Strom. Der erzeugte Strom kann über metallische Leiterbahnen abgeführt und genutzt werden.
Der genaue Ablauf der Stromerzeugung in einer Solarzelle ist komplex. Im Wesentlichen basiert er jedoch auf dem photoelektrischen Effekt. Bei Lichteinfall werden Elektronen aus dem Halbleitermaterial ausgelöst und erzeugen einen Stromfluss.
Die Erfindung der Solarzelle
Die Entwicklung der Solarzelle begann im 19. Jahrhundert. Im Jahr 1839 entdeckte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel den photoelektrischen Effekt, bei dem Licht auf Metalle kleine elektrische Ströme erzeugt. In den folgenden Jahrzehnten wurden weitere Fortschritte gemacht, bis schließlich im Jahr 1948 die erste nutzbare Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 6% vorgestellt wurde.
Seitdem hat sich die Solarzellentechnologie stetig weiterentwickelt. Heutige Solarzellen haben Wirkungsgrade von etwa 20% und die Herstellungskosten sind durch Massenproduktion gesunken.
Typen von Solarzellen
Die meisten Solarzellen bestehen aus Silizium. Es gibt jedoch Unterschiede in der Kristallstruktur, die zu verschiedenen Typen von Solarzellen führen. Hier sind die wichtigsten Typen:
- Monokristalline Solarzellen: Diese bestehen aus reinem Silizium und haben eine hohe Effizienz.
- Polykristalline Solarzellen: Diese bestehen aus vielen kleinen Siliziumkristallen und haben eine etwas niedrigere Effizienz als monokristalline Solarzellen.
- Dünnschichtsolarzellen: Diese bestehen aus einer hauchdünnen Schicht amorphem Silizium und haben eine geringere Effizienz, sind jedoch flexibler und können auf verschiedene Oberflächen aufgebracht werden.
Herstellung einer Solarzelle
Solarzellen werden in großen Fabriken hergestellt. Die genaue Herstellungsmethode hängt vom Typ der Solarzelle ab.
Bei monokristallinen Solarzellen wird reines Silizium aus Quarzsand gewonnen und in Stabform gezogen. Anschließend werden dünne Scheiben, die sogenannten Wafer, aus dem Siliziumblock geschnitten. Die Oberfläche der Solarzelle wird modifiziert und elektrische Kontakte werden aufgetragen.
Polykristalline Solarzellen werden aus einem gegossenen Siliziumblock hergestellt. Der Block wird abgekühlt und es bilden sich Kristalle unterschiedlicher Struktur und Größe. Jede Scheibe, die aus dem Block geschnitten wird, ist eine Solarzelle.
Die Zukunft der Solarzelle
Die Solarzellentechnologie entwickelt sich stetig weiter. Es ist zu erwarten, dass die Effizienz von Solarzellen weiter steigen wird und die Kosten pro Watt Photovoltaikleistung weiter sinken werden. Bereits heute sind Photovoltaikanlagen rentabel und erzielen Renditen von etwa 5-8%.
Insgesamt ist die Solartechnik bereits relativ weit entwickelt, und weitere radikale Preisstürze wie in den Anfangsjahren sind unwahrscheinlich. Dennoch wird die Solarzelle auch in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Nutzung erneuerbarer Energien spielen.
Fazit
Solarzellen sind wichtige Bauelemente zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Sie finden in verschiedenen Bereichen Anwendung und haben sich in den letzten Jahrzehnten stetig weiterentwickelt. Die Zukunft der Solarzelle sieht vielversprechend aus, da die Effizienz steigt und die Kosten sinken. Photovoltaikanlagen sind bereits heute eine rentable und nachhaltige Energiequelle.