Photovoltaik: wie funktioniert sie?

Solarenergie ist im Trend. Doch wie funktioniert eine Solaranlage? Und was muss ich als Verbraucher:in darüber wissen? In diesem Beitrag erklärt WechselJetzt.de ganz einfach, wie die Solaranlage funktioniert und wie sie Sonnenenergie in elektrische Energie umwandelt.

Die Solarzelle

Eine Solaranlage besteht aus verschiedenen Solarzellen. Solche bestehen meistens aus Quarzsand Silizium. Silizium ist eine natürliche Erdschicht. Mehr dazu im folgenden Absatz. Durch die Siliziumplatten in der Solarzelle wird dann Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt. Je mehr Sonneneinstrahlung auf die Solarzelle trifft, desto mehr Solarstrom wird umgewandelt. Dieser Grundsatz bedeutet jedoch nicht, dass sich der Einsatz von Solarzellen bei schlechtem Wetter nicht lohnt. Stets herrscht eine Spannung von 0,6 Volt in der Solarzelle und schon bei wenig Sonnenlicht wandelt sich die Energie in der Zelle um.

Silizium

Silizium ist eine natürliche Ressource. Das beste an der Nutzung von Silizium: Es ist (im Gegensatz zu Erdgas und Kohle) unerschöpflich und steht uns unbegrenzt zur Verfügung. Silizium wird aus Quarzsand gewonnen. Gereinigter Quarzsand wird kristallisiert. So wird der kristallisierte Quarzsand - das Silizium - dann mit Leiterbahnen versehen und in Solarzellen eingesetzt, um Elektronen noch besser leiten zu können. Durch diese Leiterbahnen fließen dann Elektronen, welche die Sonnenenergie zu elektrischer Energie machen.

Die verschiedenen Zelltypen

Es gibt insgesamt drei verschiedene Zelltypen in Solaranlagen: Monokristalline, Polykristalline, und Amorphe Zellen.

Monokristalline Solarzellen

Monokristalline sind Siliziumzellen, welche aus Halbleitermaterial bestehen. Diese bestehen aus einzelnen kristallinen Stäben (daher Mono). Diese Stäbe werden aus einer heißen Siliziumschmelze gewonnen. Die monokristalline Solarzelle besteht aus 0,25 Millimeter dicken Scheiben solcher Stäbe.

Polykristalline Solarzellen

Polykristalline Solarzellen bestehen, wie der Name schon vermuten lässt, aus Silizium mit mehreren kristallinen Stäben. Diese sind weniger aufwendig in der Herstellung, da die einzelnen Stäbe nicht aus dem geschmolzenen Silizium entfernt werden müssen, sondern stattdessen das gesamte erhitzte Silizium in kleine Scheiben geformt wird. Diese polykristallinen Scheiben werden dann als ganzes in die Solarzelle eingesetzt. Polykristalline Solarzellen sind weniger effektiv als monokristalline Solarzellen. Sie sind also günstiger, wandeln aber weniger Strom um.

Amorphe Solarzellen

Schließlich gibt es noch die amorphen Zellen oder auch Dünnschichtzellen. Diese sind die uneffizientesten aller Solarzellen, aber auch die günstigsten. Die Scheiben in diesen Zellen bestehen aus photoaktiven Halbleitern auf Glasplatten. Halbleiterstoffe sind verschiedene Stoffe, welche eine elektrische Leitfähigkeit haben. Sie sind siliziumbasiert, bestehen aber nicht nur aus Silizium. Dies ist der Grund dafür, dass amorphe Zellen sowohl günstiger als auch weniger effizient sind. Je reiner und feiner das Silizium, desto effizienter führt es die Elektronen in die Sonnenenergie ein. Doch Silizium ist eben auch teuer.

Welches dieser drei Modelle für Sie geeignet ist, hängt also davon ab, welches Budget Sie für Ihre Solaranlage haben. Ein weiterer Faktor ist, wie groß Ihre Anlage werden soll. Wollen Sie Ihr gesamtes Dach mit Solarmodulen bedecken? Dann lohnt sich eher die langfristige Investition in Monokristalline Solarzellen. Wollen Sie ein oder zwei Solarmodule auf Ihrem Balkon aufstellen? Dann fangen Sie ruhig zunächst mit amorphen Zellen an. Polykristalline Solarzellen können der gute Mittelweg sein. 

Das Solarmodul

Mehrere Solarzellen bilden ein Solarmodul. Nachdem Solarzellen aneinander geschaltet und wetterfest verpackt werden (durch eine oder mehrere Glasscheiben), können sie als Solarmodul angebracht werden. Dieses Solarmodul ist dann Teil der Solaranlage. Für die Größe und Leistung eines Solarmoduls gibt es europaweite Standards, welche Sie (den oder die Kund:in) vor schlechter Qualität und Leistung schützen.

Die Solaranlage

Eine gesamte Solaranlage besteht wiederum aus mehreren Solarmodulen. Es ist aber auch möglich einzelne Solarmodule aufzustellen (zum Beispiel auf dem Balkon oder dem Gartenhaus) Durch das Auftreffen von Sonnenlicht auf den Solarzellen entsteht im Silizium eine elektrische Spannung, welche durch die Elektronen im Silizium in elektrischen Strom umgewandelt wird.

Insgesamt ist der Prozess der Energieumwandlung noch komplexer. Wenn Sie noch mehr Wissensdurst haben, können Sie in der Welt der Physik nachlesen, wie sich genaue Reaktionen abspielen. Hier haben wir Ihnen zunächst einmal einen Überblick gegeben, wie die verschiedenen Solarzellen funktionieren und was Sie als Laie wissen sollten.

Mehr Informationen