Solarzelle

Eine Solarzelle, auch photovoltaische Zelle genannt, ist ein elektrisches Bauelement, das sich die Strahlungsenergie der Sonne zu Nutze macht, um elektrische Energie erzeugen zu können. Sie kann als Bestandteil einer Photovoltaikanlage Wärme und Strom nahezu CO2-frei erzeugen. Da sie als Grundstoff meist auf Silizium zurückgreift, das in nahezu unbegrenzter Menge in der Natur zur Verfügung steht, bietet die Nutzung von Solarenergie mithilfe von Solarzellen auch in Bezug auf die notwendigen Materialien eine gute Alternative zu den ausgehenden fossilen Brennstoffen.

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Solarzellen funktionieren, indem sie die Freisetzung von positiven und negativen Ladungsträgern durch Einstrahlung von Sonnenlicht nutzen. Sie bestehen aus Halbleitermaterialien – meist Silizium – wobei man zwischen Dickschicht-Solarzellen aus monokristallinen oder polykristallinen Halbleitermaterialien und Dünnschicht-Solarzellen aus nichtkristallinem Halbleitermaterial unterscheidet. Voraussetzung für die Funktionsweise der Solarzelle ist dabei, dass die elektrischen Eigenschaften von Silizium und anderen Halbmetallen durch das Einbringen von Atomen eines anderen Elements zu einem gewissen Teil gesteuert werden können. Um dies zu erreichen, besteht die Halbleiterschicht der Solarzelle eigentlich aus zwei Schichten, die durch gezielte Verunreinigung mit Fremdatomen wie Bor und Phosphor entstehen. Diese gezielte Verunreinigung bezeichnet man als „Dotieren“. Die mit Bor dotierte Teilschicht erhält die Eigenschaft positiv leitend, während die mit Phosphor dotierte Schicht negativ leitend wird. Zwischen diesen beiden Teilschichten entsteht als Folge eine sogenannte Grenzschicht, die den Ort der eigentlichen Stromerzeugung in der Solarzelle darstellt. Denn sobald das Sonnenlicht auf die Solarzelle fällt wird an der Grenzschicht eine elektrische Spannung erzeugt. Ein elektrischer Verbraucher kann angeschlossen werden, so dass sich die Spannung ausgleicht und Strom fließt.

Wie viel Strom produziert eine Solarzelle?

Die erzeugten Spannungen und somit auch der elektrische Strom, der durch eine einzelne Solarzelle erzeugt wird, fallen sehr gering aus. Für die Energiegewinnung werden daher mehrere Solarzellen in Modulen verschaltet, welche in einer Photovoltaikanlage ebenfalls miteinander verschaltet werden. Bei einer Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 1 kW geht man in Deutschland von einer durchschnittlichen Produktion von jährlich etwa 900 kWh Strom aus. Eine vierköpfige Familie würde demzufolge also eine 4 kWp-Anlage benötigen, um so die für sie ausreichenden 3600 kWh Strom zu produzieren.

Wann amortisieren sich Solarzellen?

Die energetische Amortisation ist der Zeitpunkt an dem sich die aufgewandte Energie wieder einspielt in Abhängigkeit von vergleichbaren Kraftwerken. Dabei geht man bei den üblichen Solarzellen, die mit Silizium arbeiten, von etwa 1,7 bis 4,5 Jahren Amortisationszeit aus. Wirtschaftlich amortisieren sich Solarzellen abhängig von verschiedenen Faktoren. Bei Solarzellen, die sich in einer 15 m2 großen Solaranlage befinden, kann man von einer wirtschaftlichen Amortisation nach etwa zehn bis fünfzehn Jahren ausgehen.