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Wie funktioniert Fotovoltaik

Als Grundstoff für Solarzellen wird heutzutage fast immer Silizium verwendet. Je nach Herstellungsverfarhen unterscheidet man drei Arten von Silizium-Solarzellen: Monokristalline Solarzellen bestehen unabhängig von ihrer Größe aus einem einzigen Siliziumkristall; aufgrund ihrer aufwendigen Herstellung sind sie sehr teuer, haben jedoch einen höheren Wirkungsgrad (15-20 Prozent) als polykristalline Solarzellen (13-16 Prozent). Polykristalline Solarzellen werden mit einem wesentlich geringeren Energieaufwand (und somit billiger) gefertigt. Den geringsten Wirkungsgrad weisen amorphe Solarzellen auf, die meist nur in Kleingeräten wie Taschenrechnern angewendet werden.
In der Praxis greift man vor allem auf die monokristallinen Solarzellen zurück: Die einzelnen Solarzellen werden mit elektrischen Anschlüssen versehen in Glas oder Kunststoff eingebettet und an geeigneten Stellen, z.B. auf Dächern, montiert. Die Spannung einer einzelnen Zelle ist für die meisten Anwendungsfälle zu niedrig, deshalb schaltet man mehrere Zellen zu so genannten Modulen hintereinander.

Das Silizium wird in Scheiben von wenigen zehntel Millimetern geschnitten. Durch gezieltes Verunreinigen (Dotieren) mit image pv-prinzip.jpgPhosphor und Bor erzielt man in einer dünnen Oberflächenschicht einen Überschuss an Elektronen (n-Silizium), im Rest des Materials einen Mangel an Elektronen (p-Silizium). Es entsteht im Übergangsbereich ein inneres elektrisches Feld (Raumladungszone, RL-Zone).

Bei Lichteinwirkung werden freie Ladungsträger erzeugt und durch das innere elektrische Feld nach ihrer Polarität getrennt. Die elektrische Gleichspannung wird durch beiderseitig angebrachte Kontakte nach außen geführt, über die die Elektronen fließen können.

Was ist wichtig bei Fotovoltaikanlagen?

Einen optimalen Ertrag bietet eine südorientierte Fläche mit etwa 30° Neigung. Eine Abweichung nach Südwest/Südost oder Neigungen zwischen 25° und 60° verringern den Energieertrag nur geringfügig. Verschattungen durch Bäume, Nachbarhäuser, Giebel, Antennen und ähnliches sollten aber vermieden werden, da sie den Stromertrag deutlich reduzieren.

Der Ertrag einer PV-Anlage hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab. Die jährliche Energieeinstrahlung in Deutschland bewegt sich je nach Region zwischen 950 und 1.350 kWh pro Quadratmeter und Jahr. Generell lässt sich eine PV-Anlage aber in ganz Deutschland wirtschaftlich betreiben.

Verschattungen können - auch wenn sie noch so gering sind - zu einem erheblichen Leistungverlust führen. Eine Abweichung von der optimalen Ausrichtung (Südausrichtung bei 30° Neigung) führt hingegen nur zu einer geringen Leistungseinbuße.

Der Energieertrag einer PV-Anlage variiert abhängig von verschiedensten Parametern. Dazu gehört neben der der Sonneneinstrahlung auch die Eignung der verwendeten Technologie für die jeweiligen Wetterbedingungen (z. B. Einsatz von Dünnschicht-Solarzellen für Schwachlicht).


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