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Solarzellen – das zentale Element einer Solaranlage

Solarzellen zählen zu den wichtigsten Elementen einer Photovoltaikanlage, denn über sie findet die tatsächliche Stromgewinnung statt. Erfahren Sie hier auf Solaranlage.de, wie die einzelnen Zellen funkionieren, wie sie aufgebaut sind und welche Arten von Solarzellen es gibt.

Wie funktionieren Solarzellen?

Eine Solarzelle wandelt Sonnenenergie in Strom um. Trifft Sonnenlicht auf die Zelle, werden positive und negative Ladungsträger in der Zelle freigesetzt. Über einen so genannten Halbleiter kann das Licht bzw. die Wärme weitergeleitet werden. Ein idealer Halbleiter ist Silizium, da es als Bestandteil von Quarzsand preiswert ist und sich hochrein und einkristallin herstellen lässt. Damit die positiven und negativen Ladungsträger richtig geleitet werden, werden dem Halbleiter Fremdatome eingebaut. Hier spricht man von p- und n-dotiertem Silizium. Die mit dreiwertigen Bor-Atomen p-dotierte Siliziumschicht verfügt über einen positiven Ladungsüberschuss, während die mit fünfwertigen Phosphor-Atomen n-dotierte Schicht negativ geladen ist.

Aufbau einer Solarzelle

Quelle: Solaranlage.de | emedien.design.hs-anhalt.de

Zwischen der p- und der n-dotierten Schicht befindet sich die so genannte Grenzschicht bzw. der p-n-Übergang: Hier wird durch das Auftreffen der beiden Schichten ein internes elektrisches Feld erzeugt. Bei Sonneneinstrahlung und dem damit verbundenen Eindringen von Photonen werden Elektronen von ihren Atomen getrennt. Diese wandern in die n-Schicht ab, während sich frei gewordene “Elektronenlöcher” Richtung p-Schicht bewegen. An der Vorder- und Rückseite der Zelle werden die Elektronen über Kontaktschichten aus Metall (meist Aluminium oder Silber) abgeleitet und durch einen Leiter zum Fließen gebracht. Es fließt elektrischer Strom.

Weitere Infos zur Funktionsweise einer Solarzelle finden Sie in diesem Video des Helmholtz-Zentrums Berlin:

Auf der Solarzelle wird eine zusätzliche Antireflex-Schicht aus Siliziumnitrid oder Titandioxid angebracht, zum die Zelle vor Umwelteinflüssen zu schützen und Lichtreflexionen zu verringern.

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Welche Arten von Solarzellen gibt es?

Generell lassen sich drei Typen von Siliziumzellen für Photovoltaikanlagen unterscheiden:

    Monokristalline Solarzellen

    Monokristalline Solarzellen in Nahaufnahme © PN_Photo | istockphoto.com

  • Monokristalline Solarzellen:
  • Monokristalline Solarzellen werden aus einkristallinen Siliziumstäben hergestellt, die anschließend in dünne Scheiben bzw. Wafer geschnitten werden. Dieser Herstellungsprozess ist sehr aufwendig und teuer, aufgrund des hohen Siliziumgehalts weisen sie allerdings einen hohen Wirkungsgrad auf. Dieser beträgt bis zu 20 %. So lohnen sich monokristalline Zellen vor allem für kleine PV-Flächen, die einen möglichst hohen Ertrag erzielen sollen. Mehr über monokristalline Solarzellen können Sie hier nachlesen.

  • Polykristalline Solarzellen:
  • Polykristalline Zellen werden aus Silizium-Blöcken hergestellt, die zuvor gegossen und anschließend erstarrt sind. Durch den Abkühlungsprozess weisen die Siliziumkristalle später unterschiedliche Größen auf. Aus dem Block werden Scheiben bzw. Ingots geschnitten, die letzten Endes die Zellen ergeben. Der Wirkungsgrad polykristalliner Zellen ist mit 12 bis 16 % deutlich geringer als bei monokristallinen Zellen. Sie eignen sich daher vor allem für große Dachflächen. Der Preis ist hnigegen weitaus günstiger, deshalb sind polykristalline Module auch die meist verkauften Module.

    Polykristalline Solarzellen

    Polykristalline Solarzellen in Nahaufnahme © PN_Photo | istockphoto.com

  • Dünnschichtsolarzellen:
  • Während kristalline Solarzellen auf Basis von Wafern produziert werden, wird bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen der Halbleiter auf einen Träger aus Glas, Kunststoff oder Metall aufgedampft bzw. aufgesprüht – so entsteht eine mikrometer-dicke Schicht, die das Sonnenlicht absorbiert. Als Halbleiter werden amorphes Silizium, Cadmium-Tellurid oder Kupferindiumdiselenid verwendet. Amorph bedeutet, dass sich die Halbleiteratome in einem ungeordneten Netzwerk befinden und daher besonders reaktiv mit anderen Atomen sind, so zum Beispiel mit Wasserstoffatomen. Der Vorteil von Dünnschichtmodulen: Sie sind äußerst leicht und aufgrund des geringen Einsatzes von Halbleitermaterial auch günstig in der Produktion. Aufgrund der unterschiedlichen Trägermaterialien können die Module flexibel eingesetzt werden – von Taschenrechnern über Kleidung bis hin zu Photovoltaik Anlagen. Da die Zellen über einen recht niedrigen Wirkungsgrad von 4 bis 10 % verfügen, eignen sie sich eher für große PV-Flächen.

Hersteller von Solarzellen und -modulen

Im Folgenden finden Sie eine Übersicht bekannter deutscher Solarzellenhersteller und ihrer Produkte:

Firma Monokristallin Polykristallin Dünnschicht
AE Solar x x  
aleo Solar x x  
Alma Solar x x x
IBC SOLAR AG x x  
Schott Solar x x x
Solar-Fabrik AG x x  
SOLAR FRONTIER x x x
SOLARWATT x x  
SUNTECH x x  

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