Wie wird aus Sonne Strom und was passiert in einer Solarzelle?

Der photovoltaische Effekt: Photovoltaik ist das direkte Umwandeln von Sonnenstrahlung (Photonen) in elektrischen Gleichstrom. Das Umwandeln übernehmen die Solarzellen, das kleinste Bauteil einer Solaranlage. Im Inneren der Zelle kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen einstrahlendem Sonnenlicht und dotiertem Halbleitermaterial der Solarzelle. Dabei werden elektrische Ladungsträger (Elektronen) frei. Es fließt Strom, der durch metallische Kontakte an beiden Seiten der Zelle abgeführt wird. Der erzeugte Strom ist Gleichstrom, weil die Elektronen immer in die gleiche Richtung vom Minus- zum Pluspol fließen. Da in unserem Stromnetz aber Wechselstrom fließt, muss der erzeugte Sonnen-Gleichstrom in Netz-Wechselstrom umgewandelt – transformiert – werden.

Was passiert in einer Solarzelle? Eine typische Solarzelle besteht aus zwei Schichten Silizium. Sie werden durch das „gezielte Verunreinigen“ (Dotieren) mit unterschiedlichen Fremdatomen wie Phosphor oder Bor so beeinflusst, dass eine Teilschicht negativ und die andere positiv leitend wird.

Der Fachjargon bezeichnet die Schichten als n-dotiert (negativ dotiert) und p-dotiert (positiv dotiert).

Phosphor wird für die n-Dotierung und Bor für die p-Dotierung verwendet. Zwischen dem Plus- und Minuspol befindet sich eine Grenzschicht, der sogenannte p-n-Übergang. Hier im Kern der Solarzelle entsteht das elektrische Feld. Trifft Sonnenlicht auf den p-n-Übergang in der Grenzschicht, dann entstehen durch Lichtabsorption freie Ladungsträger: negative Elektronen und positive „Defekt-Elektronen“.

Diese bewegen sich dann, je nach ihrer Ladung, zur negativen oder positiven Elektrode. Damit liegt Spannung an den Elektroden an. Wird der Stromkreis geschlossen, fließt elektrischer Strom. Nur wenn Licht (Photonen) auf die Oberfläche der Zelle trifft, wird Strom erzeugt. Deshalb „schlafen“ PV-Anlagen nachts. Da die Stromerzeugung direkt aus dem Licht erfolgt, ist Photovoltaik gegenüber anderen Verfahren verschleiß- und wartungsfrei.

Quelle: scon-marketing GmbH. Auf der Webseite www.solaranlagen-portal.de finden Sie den kompletten Photovoltaik-Ratgeber als PDF zum Download und weitere Tipps zum Thema Photovoltaik