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Die Solarzellen für die Photovoltaikanlage

Jede Photovoltaikanlage besteht aus den Solarmodulen, die sich wiederum aus den Solarzellen zusammensetzen. Dabei unterscheidet man drei sehr häufig eingesetzte Arten von Solarzellen:

  1. Monokristalline Solarzellen
  2. Polykristalline Solarzellen
  3. Dünnschichtmodule

Darüber hinaus gibt es noch organische Zellen und Konzentratorzellen. Diese werden in der Praxis jedoch momentan seltener verwendet.

Vorteile der verschiedenen Solarzellen

Die monokristallinen Solarzellen sind die Klassiker unter den Solarzellen. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad zwischen 14 und 18 Prozent haben, was aktuell einer der besten Werte für Solarzellen ist, die sich genauso Otto-Normal-Verbraucher leisten kann. Auch die Lebensdauer ist mit 30 Jahren recht hoch, zumal viele Hersteller eine Garantie über zehn Jahre gewähren.

Die polykristallinen Solarzellen lassen sich an der kristallinen Struktur erkennen. Sie kommen in den allermeisten Fällen zum Einsatz, da sie preiswerter, als monokristalline Solarzellen sind. Dafür muss hier jedoch mit einem etwas geringeren Wirkungsgrad gerechnet werden. Dies liegt daran, dass weniger reines Silizium für die Herstellung verwendet wird. Die Lebenserwartung ist mit 30 Jahren aber ebenfalls recht lang.

Die Dünnschichtmodule, auch als kristalline Dünnschichtmodule bekannt, zeichnen sich durch ihre flache Form aus. Sie weisen eine Silizium-Schicht auf, die gerade einmal zwei Mikrometer dünn ist. Dadurch wird deutlich weniger Silizium für die Herstellung benötigt, was ebenso dazu führt, dass die Dünnschichtmodule preislich sehr interessant sind. Derzeit können die Leistungsgrade, die bei etwa acht Prozent liegen, jedoch noch nicht überzeugen.

Weiterhin versucht die Solarindustrie neue Module und Solarzellen zu entwickeln. Organische Solarzellen beispielsweise werden zunehmend entwickelt. Bisher ist jedoch noch keine Möglichkeit gefunden, um diese mit einer akzeptablen Lebensdauer auszustatten, so dass sich die Massenproduktion bis dato nicht lohnt. Auch bandgezogene Solarzellen, Cadmium-Tellurid-Module oder GaAs-Halbleiter-Solarzellen werden erforscht, sind aber für den breiten Markt bisher noch nicht zugänglich.

Konkrete Einsatzgebiete der verschiedenen Solarzellen

Je nach Art der Solarzellen werden diese für unterschiedliche Einsatzzwecke genutzt, so dass stets das Optimum aus den Solarzellen herausgeholt werden kann. Monokristalline Module werden besonders gerne bei Dachflächen eingesetzt, die nur eine geringe Fläche für die Installation einer PV Anlage zur Verfügung stellen. Aufgrund des vergleichsweise hohen Wirkungsgrads kann trotz geringer Dachfläche ein ansehnlicher Solarertrag erzielt werden.

Polykristalline Module dagegen eignen sich besonders gut für sehr große Dachflächen. Sie haben zwar einen geringeren Wirkungsgrad, sind jedoch auch in der Anschaffung etwas günstiger. Gerade, wenn große Flächen mit ihnen ausgestattet werden sollen, gleichen die günstigeren Anschaffungskosten den geringeren Ertrag wieder aus.

Dünnschichtmodule sind sehr leicht und sie zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität aus. Das ist einer der Gründe, warum diese Solarzellen gerne auf beweglichen Materialien angebracht werden. Durch die extrem schmale Gestaltung lassen sich Dünnschichtmodule auch auf Bereichen anbringen, auf denen andernfalls aufgrund statischer Probleme die PV Installation nicht möglich wäre.

Funktionsweise der Solarzellen

Solarzellen unterscheiden sich zwar hinsichtlich ihres Aufbaus in geringem Maße, jedoch wird die Funktionsweise stets nach einem bestimmten Muster erfolgen. Dabei bestehen die Solarzellen aus verschiedenen Halbleitermaterialien. Darunter sind Materialien zu verstehen, die durch Zufuhr von Licht und Wärme die Fähigkeit haben, Elektrizität zu leiten. Bei tiefen Temperaturen weisen sie dagegen eine isolierende Wirkung auf.

Wichtigster Halbleiter für Solarzellen ist dabei Silizium, welches für 95 Prozent aller weltweit hergestellten Solarzellen verwendet wird. Dabei wurde nicht nur die elektrische Leitfähigkeit als Auswahlkriterium herangezogen, sondern auch das Vorkommen des Materials. Da es in der Erdrinde enthalten ist, kommt es in ausreichenden Mengen vor und die Verarbeitung kann umweltverträglich erfolgen.

Das Silizium wird bei der Herstellung einer Solarzelle „dotiert“, so dass ein positiver oder negativer Ladungsträgerüberschuss entsteht. Die so entstehende Halbleiterschicht wird als p-leitend oder n-leitend bezeichnet. Sind zwei dieser Schichten vorhanden, entsteht zwischen ihnen der so genannte p-n-Übergang, wie er auch bei der Solarzelle aus Silizium zu finden ist.

Durch diesen Übergang kann sich ein elektrisches Feld im Inneren der Solarzelle aufbauen, so dass es dazu führt, dass durch den Lichteinfall freigesetzte Ladungsträger getrennt werden. Elektrische Kontakte, die ebenfalls in die Solarzellen eingesetzt werden, sorgen dafür, die elektrische Spannung aufzugreifen. Wenn nun noch ein elektrischer Verbraucher an die Solarzelle angeschlossen wird, dann kann Gleichstrom fließen.

Zusätzlich werden moderne Siliziumzellen mit einer Antireflexschicht versehen. Diese soll die Solarzelle selbst schützen, aber auch dafür sorgen, dass Verluste durch Reflexionen an der Oberfläche weitestgehend ausgeschlossen werden.

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