Ratgeber Heizungen

Wie funktioniert eine Solaranlage: Photovoltaik einfach erklärt

Eine Photovoltaik-Anlage wandelt Sonnenlicht in elektrischen Strom um. Die Technologie ist heute ein alltäglicher Anblick in Solarparks, auf Hausdächern und an Armbanduhren. Im Jahr 2017 lag der Anteil des Solarstroms an der gesamten Stromproduktion in Deutschland bei über sechs Prozent. Saubere Solarenergie aus Anlagen von Systemanbietern wie Buderus liefert damit einen wichtigen Beitrag zur Energiewende.

Soweit, so gut. Was aber viele Betreiber gar nicht so genau wissen: Wie funktioniert eine Solaranlage eigentlich? Werfen Sie mit Buderus einen informativen Blick ins Innere einer Solarzelle!

Aufbau einer Solarzelle: Spannung zwischen zwei Schichten

Die meisten Solarzellen bestehen aus Silizium. Das Element verbindet zwei wichtige Eigenschaften: Als Halbleiter besitzt es die nötigen, elektrischen Charakteristika, um einen kontinuierlichen Stromfluss zu erzeugen. Und es ist einfach verfügbar, was eine günstige Herstellung ermöglicht.

Für den Einsatz in Solarzellen muss es zunächst richtig behandelt werden. Gebraucht werden unterschiedlich geladene Siliziumschichten: Die negativ dotierte n-Schicht mit Elektronenüberschuss und die positiv dotierte p-Schicht mit Elektronenmangel. Diese Schichten lassen sich herstellen, indem das Silizium jeweils mit Phosphor- oder Bor-Atomen versetzt wird.

Kommen diese Schichten dann zusammen, entsteht am Schicht-Übergang ein elektrisches Feld mit beweglichen Elektronen. Das ist das Grundprinzip, nach dem eine Solarzelle aufgebaut ist. Für die Anwendung als Solarmodul wird die Zelle mit einem Trägermaterial in einen Metallrahmen eingebettet und mit möglichst wenig reflektierendem Schutzglas abgedeckt.

Stromerzeugung im Halbleiter

Wenn Licht auf die Solarzelle fällt, verstärkt dessen Energie die Bewegung der freien Elektronen. Sie werden in Richtung der positiv geladenen Schicht beschleunigt und es entsteht ein elektrischer Strom, der sich über entsprechende Kontakte weiterleiten und nutzen lässt. Dieser Strom fließt zunächst immer in eine Richtung. Unsere Haushaltsgeräte benötigen allerdings Wechselstrom. Der Wechselrichter sorgt für die entsprechende Umwandlung.

Zusammen mit Leitungen, Anschlüssen und dem Montagesystem ist die Solaranlage fast schon komplett. Je nach Anwendung kommen noch Stromzähler, Schütze, eine Ertragsüberwachung und die Regelung dazu.

Arten von Solarzellen

Auf dem Markt sind derzeit drei Arten von Solarzellen von Bedeutung. Für polykristalline Solarzellen werden dünne Wafer aus gegossenen Siliziumblöcken gesägt. Die sind günstig in der Herstellung. Die ungleichmäßige Ausrichtung der Moleküle sorgt allerdings für Ertragsverluste.

Monokristalline Solarzellen werden aus Wafern hergestellt, die aus einheitlichem Kristall gesägt sind. Diese Kristalle sind teurer und energieaufwendiger herzustellen als gegossenes Silizium. Dafür erzeugen die gleichmäßig strukturierten Zellen eine höhere Ausbeute pro Fläche.

Bei Dünnschichtsolarzellen wird ein Trägermaterial mit einem geeigneten Halbleiter beschichtet. Dafür kommen neben Silizium auch andere Rohstoffe in Frage. Der größte Vorteil liegt in der günstigen Herstellung. Der Hauptnachteil von Dünnschicht-Solarzellen ist ihr geringerer Wirkungsgrad.

Steht viel Platz zur Verfügung, lässt sich mit Dünnschicht-Modulen das besten Kosten-Nutzen-Verhältnis erreichen. Monokristalline Solarzellen sind das optimale Mittel, wenn Sie eine notwendige Mindestleistung auf einer beschränkten Fläche erreichen möchten.

Solaranlagen optimal in Ihr System integriert

Die Frage "Wie funktioniert eine Solarzelle?" ist damit zwar beantwortet. Die interessantere Frage lautet allerdings, wie sich die erneuerbare Solarenergie am sinnvollsten einsetzen lässt. Das lässt sich nicht pauschal beantworten. Je nach eingesetzter Heiz-, Lüftungs- und Haustechnik ist in einem Fall Photovoltaik der Königsweg. In anderem Fall können Sie mit einer thermischen Solaranlage deutlich größere finanzielle und ökologische Vorteile erreichen.

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