Was ist Photovoltaik ???

Photovoltaik (PV) ist die direkte Umwandlung von Licht in einer Solarzelle in elektrische Energie. Dies geschieht aufgrund des physikalischen Photoeffekts völlig bewegungs-, geräusch- und emissionsfrei. Der physikalische Effekt, der der Photovoltaik zugrunde liegt, wurde bereits 1839 vom Physiker Becquerel entdeckt. Bis zur Erfindung des Transistors 1949 schenkte man den beobachteten Effekten keine weitere Beachtung. Erst im Zeitalter der Halbleitertechnik Anfang der 1950er Jahre wurde die Idee von Becquerel wieder aufgegriffen und im Jahre 1954 die erste Solarzelle in den USA aus kristallinem Silizium entwickelt.

Zu Anfang kam die Solarzelle überwiegend zur Energieversorgung von Satelliten zum Einsatz. Erst die Ölkrise 1973 brachte die Endlichkeit fossiler Ressourcen wieder in das Blickfeld der Gesellschaft und führte zu verstärkten Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Photovoltaik. Ziel ist es seither, die noch hohen Kosten, die einer weiten Verbreitung der Technologie entgegenstehen, zu senken.

 Was bedeutet Sonneneinstrahlung??

Die Sonnenstrahlung ist die grösste verfügbare Energiequelle auf unserer Erde. Jeden Tag wird auf unsere Erde mehr als das 10'000fache des Tages-Weltenergieverbrauchs eingestrahlt. Wenn also nur 0.01 Promille dieser Einstrahlung in elektrische Energie umgewandelt würde, könnte damit 10% des Weltenergieverbrauchs gedeckt werden. Ein weltweites Netz von Meteostationen misst schon seit Jahrzehnten die auf der Erde eintreffende Solarstrahlung.

Solarzellen

Solarzellen bestehen aus mehreren dünnen Schichten aus Halbleitermaterialien. Weltweit wird für die Solarzellenherstellung fast immer (zu 98%) auf Silizium als Basismaterial zurückgegriffen. Silizium bietet den Vorteil, als zweithäufigstes Element der Erdkruste in ausreichendem Mass verfügbar und umweltverträglich zu sein. Je nach Herstellungsverfahren unterscheidet man drei Arten von Silizium Solarzellen: Monokristalline, multikristalline und amorphe Solarzellen.

Während für kristalline Zellen meist ein gezogener bzw. gegossener Siliziumkristall in Scheiben gesägt und weiterverarbeitet wird, werden amorphe Zellen mit deutlich geringerem Material- und Energieaufwand auf ein Trägermaterial aufgedampft. Allgemein werden diese weniger materialaufwändigen Zellen Dünnschicht-Solarzellen genannt. Nicht-Siliziumzellen bestehen aus anderen Halbleitermaterialien wie z.B. Kupfer-Indium-Diselenid (CIS).

Die Funktionsweise einer Solarzelle unter Sonneneinstrahlung ist im folgenden Bild schematisch dargestellt. Typisch für alle Solarzellentypen ist, dass immer Gleichspannung bzw. Gleichstrom erzeugt wird.